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News ed Eventi

FISICA QUANTISTICA: NUOVA RIVOLUZIONE TECNOLOGICA IN CAMPO MEDICO

Fisica quantistica: come cambierà il mondo la rivoluzione tecnologica a cui ci stiamo avvicinando

Le tecnologie quantistiche hanno dimostrato di avere un grandissimo potenziale applicabile a diversi settori e proprio per questa ragione, nel futuro, sarà possibile fare tantissime cose ora poco pensabili: dall'invio di moli di dati in una quantità un miliardo di oltre superiore rispetto ad oggi, mediante strumentazioni di trasmissione sicure e veloci che non possono essere intercettate da hacker o copiati in nessun modo da estranei.

Da sensori che identificano cambiamenti infinitesimali e misurano ogni singolo atomo a simulatori che lavorano a velocità elevatissime risolvendo miliardi di equazioni in tempi molto inferiori al secondo, così da permettere lo sviluppo di nuove molecole indispensabili per la creazioni di medicinali e farmaci di ultima generazione. Si tratta solo di alcuni dei numerosi piani su cui stanno lavorando i ricercatori di tutto il mondo e che in un futuro oramai prossimo faranno parte della nostra vita quotidiana. Stiamo parlando di quella che viene comunemente definita come "seconda rivoluzione quantistica", vale a dire dello sviluppo accelerato di tecnologie che si fondano sui principi della fisica quantistica, vale a dire quelle leggi che studiano l'infinitamente piccolo, dagli atomi ai fotoni.

La prima rivoluzione quantistica ha visto la nascita dei transistor, dei laser, dei Gps e dei led, inizialmente usati solo per fini militari ed oggi parte integrante della nostra quotidianità senza che noi vi prestiamo troppa attenzione; solo 30 anni fa queste scoperte sarebbero state considerate pura fantascienza ma tutto ciò è stato possibile grazie all'applicazione dei principi della meccanica quantistica che hanno permesso all'uomo di tenere sotto controllo lo stato di atomi e fotoni di luce. Ecco che però il progresso sembra non arrestarsi e la ricerca ha portato l'uomo a sviluppare strumenti che sano avanti anni luce poiché lavorano per singoli atomi o per singoli fotoni. Lavorare in questo modo ha certamente ripercussioni sulle prestazioni da un punto di vista tecnico: si arriva ad ottenere performance strabilianti, ai limiti della granularità di materia e luce. Ovviamente gli interessi economici che si stanno generando intorno alla quantistica non sono più pochi e soprattutto non riguardano più le grandi industrie dell'Hi-Tech.

Prima di scendere nel dettaglio, è certamente necessario aprire una piccola parentesi sulla fisica quantistica e spiegare bene di cosa stiam parlando. La meccanica quantistica fu sviluppata durante la prima metà del secolo passato e può essere chiamata anche come "teoria del tutto". Basandosi su un sistema matematico estremamente complicato, si tende a non utilizzarla direttamente ma ad usare delle approssimazioni che sarebbero le equazioni della fisica tradizionale. La fisica quantistica è nata per analizzare le particelle atomiche e subatomiche, che costituiscono, interagendo costantemente fra di loro, l'universo in cui viviamo. Ciò che differenzia la fisica quantistica da quella classica è la teoria secondo cui non è possibile prevedere in che modo cambierà l'universo e come si evolverà: per tantissimo tempo la fisica classica ha affermato che conoscere l'universo in un dato e preciso istante permette, attraverso le sue equazioni ovviamente, di prevedere come sarà e come evolverà nel futuro. Questo modo di vedere le cose ha sempre funzionato: possiamo dire quando ci sarà un'eclissi perché conosciamo il moto dei pianeti e dei corpi celesti e possiamo pertanto affermare con assoluta certezza dove saranno domani e tra un miliardo di anni. Questo non si può fare però con le particelle atomiche: è assolutamente impossibile conoscere lo stato, quindi dove sono e quando, di elettroni ed atomi poiché i macchinari che utilizziamo per analizzarli sono costituiti a loro volta da atomi ed elettroni. Non riusciamo a sapere con precisione la velocità con cui si muovono le particelle o dove si trovano in un determinato istante proprio perché la misura in sé influirà e quindi modificherà lo stato delle particelle che intendiamo misurare su scala atomica. Le misure risultano sempre indeterminate pertanto. Si parla di probabilità. Per analizzarle, quindi, come si può fare? Gli scienziati hanno formulato una teoria che è in grado di far conoscere le probabilità per cui una particella si trovi in un determinato luogo e proprio su questa teoria si basa la meccanica quantistica e tutta la fisica in genere.

La rinuncia al determinismo e l'impossibilità di conoscere il risultato finale prende il nome di principio di sovrapposizione; se nel campo informatico un dato può essere o vero o falso, nella fisica quantistica uno stesso dato può essere contemporaneamente vero e falso. Noi lo chiamiamo qubit e governa la rivoluzione dei computer quantici, che lavorano andando oltre la logica binaria: se il bit può essere solo o zero o uno, il qubit è in grado si essere valori differenti simultaneamente. Ecco perché così facendo si possono misurare dati in modo differente e si possono risolvere questioni matematiche che non si potrebbero elaborare con semplici computer.

I primi figli della rivoluzione quantistica sono proprio i computer quantistici, computer che potranno eseguire compiti per noi banali ma che non lo sono per le macchine; come per esempio riconoscere volti umani. Oggigiorno solo un prototipo di computer quantistico, prodotto dalla D-Wave, si è rivelato capace di distinguere, partendo da immagini satellitari, edifici, strade, fiumi ed alberi. Si tratta di un vero e proprio passi in avanti per ottenere in futuro previsioni meteo precisissime e dettagliate. Questo computer è stato poi acquisito dalla Nasa per analizzare il terreno di Marte e da Google, indice del crescente interesse monetario per queste tecnologie.

La Comunità Europea ha offerto fondi da un miliardo di euro da investire nella ricerca in questo campo da qui ai prossimi 5 anni; il professor Matteo Paris, Chair of Quantum Technology Dipartimento di Fisica Università di Milano, spiega come questi fondi siano necessari per la creazione ed il consolidamento delle relazioni tra realtà aziendali ed universitarie che incentivino l'innovazione tecnologica. I finanziamenti dovranno essere gestiti meglio rispetto al passato: si potranno creare dottorati aziendali così che le industrie si decidano ad investire e via dicendo. 

Differentemente dal computer quantistico, non utilizzabile in tempi brevi, sarà invece possibile codificare l'informazione su un solo fotone attraverso dei sistemi di comunicazione crittografata; così facendo, sarà possibile per gli hacker rubare fotoni, quindi parte dell'informazione, senza che nessuno se ne accorga. In aggiunta ci saranno sensori estremamente precisi in grado di misurare spostamenti piccolissimi di oggetti; sarà possibile individuare campi magnetici infinitesimali grazie all'impiego degli stati quantistici della luce: ciò rappresenta un'enorme scoperta per il settore della diagnostica medica che potrà in questo modo entrare sin dentro i singoli neuroni.

La fonte: Panorama

 



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