Esisterà mai il teletrasporto? Cosa dice la scienza? Il teletrasporto quantistico è già realtà

Ragazzi, ma il teletrasporto si può fare? Cioè, adesso sono qua a Milano, in un attimo voglio arrivare in Brasile così, puff, senza valigie, senza aereo. Pensate a tutti quelli che hanno le relazioni a distanza. Ma che comodità sarebbe? Perché in realtà la pulce in testa ce l'ha messa Star Trek 60 anni fa che aveva inventato la macchina teletrasportatrice. Prendeva una persona, la smaterializzava e la ricostruiva dall'altra parte del mondo, atomo per atomo.

Allora, è diventata una delle tecnologie di fantascienze più iconiche di sempre e la domanda che tutti una volta almeno ci siamo fatti è: "Ma prima o poi ci teletrasporteremo, cioè ci arriveremo mai a poterci trasferire in un istante da un posto a un altro?"

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Allora, mettiamo il caso che io volessi teletrasportare una persona e guarda caso prendo proprio me stessa. Io adesso sono a Milano e mi voglio teletrasportare in Brasile. Che cos'è che dovrei fare concretamente, proprio passo per passo? Allora, prima cosa, se volessi teletrasportare me adesso delle 14:39, dovrei prima di tutto conoscere tutte le mie cellule, ma in realtà non basta, cioè dovrei scendere a livello delle molecole e anche quello degli atomi. In pratica, dovrei avere una descrizione completa dello stato fisico di tutte le particelle del mio corpo. Dovrei avere una sorta di fotografia super precisa. E qui arriva il primo problema, anzi due.

Il primo è che nella fisica delle particelle non possiamo sapere nello stesso istante la posizione e la velocità delle particelle perché più cerchiamo di conoscere una grandezza, più perdiamo informazioni sull'altra e questo è proprio il principio di indeterminazione di Heisenberg. Ma c'è di più, c'è il secondo problema, perché il semplice fatto di voler leggere queste informazioni su tutte le particelle le altera, cioè per leggere delle informazioni dobbiamo interagire con loro e interagendo con loro le andiamo a disturbare. Quindi questo non è un limite legato alla tecnologia che non abbiamo abbastanza avanzata, è proprio un limite della fisica, cioè un limite fondamentale.

Vabbè, facciamo che per assurdo è possibile e ci riusciamo. A questo punto, che cos'è che dovremmo fare? Dovremmo trasferire tutte queste informazioni in Brasile e lo vorremmo fare in maniera istantanea? Eh no, perché l'informazione non può viaggiare più veloce della velocità della luce e quindi comunque il teletrasporto istantaneo non si può fare.

Allora, vabbè, dai, cambiamo strategia, cioè possiamo aspettare qualcosina, cioè invece di farlo in un istante possiamo farlo in qualche secondo e quindi invece di spostare gli atomi potremmo mandare l'informazione in Brasile e costruire una copia perfetta di me sulla spiaggia direttamente com'ero alle 14:39. Eh, qui nasce un altro problema, perché a Milano ci sarei ancora io. Quindi in quel momento esisterebbero due versioni di me identiche, una a Milano e una in Brasile. Ma allora non mi sono teletrasportata, mi sono clonata.

Cioè, se volessimo davvero chiamarlo teletrasporto, dovremmo fare un passo in più, perché l'originale di me a Milano dovrebbe essere distrutto, mentre la copia in Brasile prenderebbe il mio posto. E qui la domanda diventa meno fisica e più filosofica perché per far continuare a vivere una copia di me, un clone di me in Brasile dovrei autodistruggermi, sarei disposta a farlo. Ma poi quella lì sono io, non sono io? C'è questa Giorgia con questo cocktail in mano. Esattamente chi è?

Ma comunque facciamo finta che volessimo anche accettare di autodistruggermi a Milano, cioè che sia possibile registrare completamente lo stato di un corpo, inviare l'informazione e ricostruirlo da un'altra parte tramite questa presunta stampante atomica. In realtà stiamo facendo un enorme pasticcio perché non è soltanto difficile, è proprio in contrasto con tutte le leggi alla base della fisica quantistica. Non possiamo ottenere tutte le informazioni di un sistema quantistico senza alterarlo, non possiamo copiarne perfettamente lo stato e perché lo vieta il teorema di non clione e non possiamo trasferire le informazioni istantaneamente.

Quindi mi dispiace ma niente Star Trek, il teletrasporto di materia purtroppo non si può fare, però e qui arriva la parte bella, la stessa fisica che chiude questa porta ne apre un'altra. Perché se non possiamo teletrasportare la materia possiamo fare qualcos'altro? Possiamo teletrasportare le informazioni e voi dite "Ma vabbè, ma tipo, cioè che che ci facciamo? Abbiamo già internet?" Eh no, perché quello che abbiamo con internet non è un teletrasporto. Internet si basa su corrente elettrica. c'è una rete fisica, cioè ci sono dei cavi, ci sono delle particelle che passano in questi cavi e che lo fanno funzionare.

Qui invece stiamo parlando di sfruttare la magia della fisica che ci dà la certezza che in determinate condizioni se succede una cosa, a una particella in un posto, allora un'altra che era legata a questa qui in un modo che adesso vediamo, anche se distantissima, sappiamo con certezza che a quest'altra succederà una cosa specifica. Per spiegarvelo e farvi capire che questa è già una realtà che potrebbe rivoluzionarci la vita, siamo entrati in contatto con uno dei gruppi di ricerca più innovativi al mondo che è in Italia ed è il Quantum Internet Research Group dell'Università Federico II di Napoli. Oggi vi portiamo nel loro laboratorio dove si fanno esperimenti di teletrasporto di informazione che si chiama anche teletrasporto quantistico.

Ora, prima di entrare in laboratorio facciamo una premessa perché non sono argomenti semplici. Quando ci addentriamo nel mondo della fisica delle particelle dobbiamo fare molta attenzione perché la fisica delle particelle non è intuitiva, cioè non la riusciamo a vedere tutti i giorni. Normalmente noi abbiamo a che fare con la fisica classica che riguarda il mondo macroscopico, quello che vediamo intorno a noi, che ne so, la mela che cade dall'albero, le macchine che accelerano e decelerano, i pianeti che ruotano nel sistema solare, cose così. Spiegarla è relativamente intuitiva perché la possiamo vedere. Ma la fisica quantistica invece descrive il mondo microscopico a livello delle singole particelle e dobbiamo andarla a vedere negli atomi e lì le cose funzionano in modo radicalmente diverso da quello a cui siamo abituati.

Uno dei fenomeni più sorprendenti di questo mondo si chiama entanglement. E che cos'è questo entanglement? È un legame tra due particelle microscopiche. Quando due particelle vengono intrecciate, si dicono appunto entangled, vuol dire che lo stato di una è profondamente correlato allo stato dell'altra. La cosa pazzesca è che questa proprietà è indipendente dalla distanza che le separa, cioè una particella può trovarsi qui sulla Terra e l'altra nello spazio, che ne so, su un altro pianeta, tipo su Marte e quando agisci su una, immediatamente conosci anche lo stato dell'altra. Non c'è nessun segnale che viaggia tra loro, è una correlazione che esiste e basta a prescindere da dove si trovano.

Pensate che era una cosa così strana che persino Einstein non riusciva ad accettarla, infatti la chiamava azione spaventosa a distanza e pensava che ci fosse qualcosa che non riuscivamo a capire, cioè che ci fosse un'informazione nascosta da qualche parte che però potesse spiegare il tutto. Negli anni successivi alla sua morte esperimenti sempre più precisi hanno dimostrato che in realtà Einstein aveva torto perché l'entanglement esiste, è reale e non ha equivalenti nel mondo della fisica classica. Nel 2022, infatti, questi risultati hanno preso il Nobel per la fisica.

Ora, la cosa pazzesca è che questo entanglement è un fenomeno naturale, ma che può essere creato anche artificialmente in laboratorio. Allora, come si genera questo entanglement? Cioè, quali sono soprattutto le particelle che dobbiamo prendere affinché possiamo vedere questa correlazione così forte? Nel laboratorio di Napoli, nel loro caso, utilizzano i fotoni. Cosa sono i fotoni? Sono le particelle fondamentali della luce. Quando guardiamo il sole o una lampadina accesa, in realtà stiamo guardando miliardi di fotoni. Nello specifico, in questo laboratorio loro utilizzano un laser di luce che è ovviamente pieno zeppo di fotoni. Li sparano su dei cristalli con delle caratteristiche fisiche molto speciali, poi passano tramite una serie di specchi e altre lamine di cristallo.

Alla fine, magia, magia, alcuni di questi fotoni vengono trasformati in coppie di fotoni che da questo momento in poi condivideranno delle caratteristiche comuni. La cosa incredibile e soprattutto utile è che se io misuro una proprietà su un fotone, ad esempio la frequenza oppure in che direzione oscilla, il risultato che ottengo è correlato con quello che otterrei misurando l'altro in qualsiasi posto si trovi, anche se è lontanissimo. Capite che c'è il seme di questo teletrasporto? Cioè ci stiamo avvicinando a questo concetto, no? Perché io che faccio? Osservo la particella qui e già so cosa aspettarmi dalla particella lì. E il teletrasporto è proprio questo, cioè agire sulla particella qui, trasformarla in modo controllato e questa informazione si propaga a distanza sulla particella laggiù fino al punto da poterci teletrasportare dentro le informazioni.

Guarda Giorgia, tutto quello che fin raccontato nel nostro laboratorio succede in queste scatole a dire. All'interno ci sono degli specchietti e ci sono il resto. I ricercatori qui hanno due sorgenti che generano coppi di fotoni entangled. Quello che fanno è far viaggiare questi fotoni avanti e dietro, lungo un anello di fibra ottica che collega i vari campus dell'Università di Napoli. Dopo questo percorso che lungo chilometri ma dura meno di un battito di ciglia, ragazzi, è velocissimo, vanno a teleportare le informazioni proprio sfruttando l'entanglement trasportato dai fotoni.

Mi hanno raccontato che riescono ad accorgersi dal loro laboratorio se una delle fibre viene anche soltanto sfiorata a chilom di distanza. E questo perché questo tocco modifica le correlazioni tra le misure dei fotoni. Quindi per dirlo proprio semplicissimo che fanno, cioè prendono questo entanglement trasportato dai fotoni, lo sparano dentro i cavi della DSL che arriva anche nelle nostre case. Infatti l'obiettivo dei ricercatori non è tenerselo nel loro laboratorio, ma è proprio spargerlo in tutte le città. E perché? Perché distribuirlo nelle città ci permetterebbe di avere appunto l'internet quantistico per tutti. Sarebbe un internet davvero nuovo che ci collega l'uno agli altri e questa è una cosa pazzesca.

Quello che vi voglio dire è che siamo veramente in mezzo a una rivoluzione digitale. Cioè, voi dovete immaginare che quando l'internet classico, quello che utilizziamo tutti i giorni è stato pensato per la prima volta, le persone, gli ingegneri non avrebbero mai immaginato che sarebbe stato utilizzato con lo stesso scopo che utilizziamo oggi. Cioè, non avrebbero mai immaginato le mail, i siti web, i social network, poi l'intelligenza artificiale, proprio mai. Quello che vi sto invece dicendo oggi è che questa nuova tecnologia, questo internet quantistico, potrebbe avere una potenzialità enorme che oggi stesso non non abbiamo veramente le capacità per immaginare dove può arrivare.

La prima cosa che ci può venire in mente è che forse ci potrebbe essere la comunicazione tra pianeti. Forse sì. La cosa proprio più semplice che possiamo pensare è che, ad esempio, gli hacker non ci sarebbero più perché le informazioni non passando tramite dei cavi le informazioni passerebbero come passano adesso e quindi gli hacker non avrebbero proprio più il canale per intercettare le informazioni, ma anche ad esempio i sistemi di crittografia che utilizziamo oggi non sarebbero più utilizzati, quindi siamo veramente in un punto di svolta per queste tecnologie che tra qualche anno potrebbero rivoluzionare il mondo e sicuramente il mondo della comunicazione più di qualsiasi altra cosa.

Bene ragazze e ragazzi, siamo arrivati alla fine di questo video. Io ci tengo moltissimo a ringraziare il Quantum Internet Research Group dell'Università Federico II di Napoli per averci dato l'opportunità di parlare del loro lavoro e per tutto quello che stanno facendo per queste nuove frontiere della fisica e dell'ingegneria. Io vi saluto e vi do appuntamento alla prossima sempre qui su Giop, le scienze e la vita di tutti i giorni. Ciao. Ciao.