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FISICA/ Gatti semivivi, biglie che si sdoppiano e altre stranezze da Nobel

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Un'immagine dell'infinitamente piccolo (Foto: Infophoto)  Un'immagine dell'infinitamente piccolo (Foto: Infophoto)

La fisica quantistica è un linguaggio unico usato per descrivere tutti i fenomeni con un numero molto limitato di gradi di libertà: quando i gradi di libertà del sistema aumentano, gli effetti quantistici scompaiono. Se io riesco ad avere un unico fotone, che è puramente caratterizzato dalla sua posizione nello spazio, questo è un oggetto quantistico; se ne ho tanti, gli effetti quantistici spariscono perché si mediano. La genialità dei due neoNobel sta nell’aver costruito sistemi di molti oggetti che continuano a conservare le proprietà quantistiche. Il tipo di manipolazioni tecnologiche che si fanno per riuscire a mantenere la coerenza quantistica su siatemi di tante particelle, sono tipicamente manipolazioni di tipo elettromagnetico, quindi i candidati naturali per queste manipolazioni sono o le particelle di luce, i fotoni usati da Haroche, o particelle elettricamente cariche come gli ioni usati da Wineland. 
Ciò ha un corrispettivo classico, che può aiutare a capire: un circuito elettronico classico si fa o con dei conduttori in cui circolano elettroni oppure con guide d’onda nelle quali viaggiano onde elettromagnetiche. 
I media hanno dato subito enfasi alle possibili applicazioni di queste ricerche, come i computer quantistici… 
Il calcolo quantistico è una realtà a priori molto promettente, sulla quale ci sono stati moltissimi lavori teorici negli ultimi 10-15 anni e sviluppi tecnologici negli ultimi 3-4 anni. L’idea fondamentale è presto detta. Abbiano viusto che un sistema quantistico ha la proprietà paradossale di poter vivere in una sovrapposizione di stati, come il gatto che è vivo-morto; ebbene, se io ho 10 gatti classici ne avrò un certo numero di vivi e la differenza di morti; se ho 10 “gatti quantistici”, ognuno di loro è simultaneamente vivo e morto e quindi il numero di stati del sistema è 2 alla decima. Quindi un oggetto fatto di sottosistemi quantistici vive in un numero di stati molto grande. Si possono allora realizzare circuiti dove una porta elettronica non sarà più solo aperta o chiusa, quindi un bit quantistico non sarà più solo (0 o 1) ma sarà in una sovrapposizione di stati: perciò i miei dieci bit non saranno più 10 bit di informazione ma 2 alla 10 bit di informazioni. Le conseguenze sono immaginabili; e ci sono già una serie di operazioni e algoritmi che per essere calcolati oggi richiederebbe tempi enormi ma che un domani, col quantum computing verrebbero drasticamente ridotti. Basti pensare agli algoritmi di crittografia, quelli che servono per le password dei PC. 
Possiamo dire che queste applicazioni sono alle porte oppure sono solo prospettive futuribili? 
Va detto che dal punto di vita tecnologico non è ancora chiaro quanto questi traguardi siano vicini: certo è che il risultato raggiunto da Haroche e Wineland è il passo cruciale in questa direzione: anzitutto la dimostrazione che un oggetto quantistico può essere manipolato e poi che può esserlo mettendo insieme tanti oggetti quantistici senza perdere le loro preziose proprietà. Certo è l’inizio; poi bisognerà passare da pochi fotoni a un numero elevato, come quelli contenuti in un raggio di luce o in un laser. Ma la prospettiva è promettente. 
 

(Michele Orioli)



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