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Due esperimenti e una sorpresa Due esperimenti e una sorpresa Il nuovo dirigibile Zeppelin NT SULL'ASTRONAVE Enterprise il teletrasporto è all'ordine del giorno. E anche chi non ha mai visto un episodio della serie di Star Trek sa di che cosa stiamo parlando. Il sistema è quello usato dal capitano Kirk e dai membri del suo equipaggio per scendere su qualsiasi pianeta senza dover atterrare: i loro corpi si «smaterializzano» nella macchina del teletrasporto e ricompaiono istantaneamente a destinazione. Dalla finzione alla realtà il termine è entrato anche nel mondo dei fisici. Ma il «Teletrasporto quantistico sperimentale», descritto in un articolo appena pubblicato su «Nature», ha un diverso significato. Solo nella fantascienza è possibile pensare di trasportare un corpo, o semplicemente rinformazione necessaria a «ricostruirlo» altrove in modo istantaneo. E non è questo che hanno ottenuto due gruppi di scienziati, uno duetto da Anton Zeilinger dell'Università di Vienna e l'altro da Francesco De Martini dell'Università di Roma, riuscendo a teletrasportare in laboratorio proprietà quantistiche di una particella. Siamo nel campo dei sistemi microscopici, dove regnano le strane leggi della meccanica quantistica che, con le sue caratteristiche peculiari, ci allontana da una visione classica del mondo. E ci presenta situazioni quasi paradossali in cui sembra che i messaggi viaggino più veloci della luce e che si possa parlare di teletrasporto. Ma facciamo un passo indietro e torniamo agli anni in cui era acceso il dibattito sui fondamenti della meccanica quantistica. Nel 1935 Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen scoprirono una misteriosa correlazione tra i fotoni, cioè i corpuscoli elementari della luce che sembrano parlarsi da distanze anche lontanissime. Un fenomeno inspiegabile ai loro occhi, e da allora conosciuto come il paradosso Epr. Solo trent'anni dopo, il fisico John Bell dimostrò con un famoso teorema che questa connessione, chiamata «entanglement», esiste davvero. «E' possibile che gli esiti delle misure effettuate in una certa regione dello spazio dipendano dal fatto che venga eseguita una misura su sistemi lontanissimi, praticamente nello stesso istante». A parlare è il fisico teorico di Trieste Giancarlo Ghirardi, presidente della Società Italiana di Fondamenti della Fisica: «La meccanica quantistica ci costringe a riconoscere l'esistenza di effetti non locali (vale a dire istantanei a distanza) ma le cose sono messe in modo tale che questi effetti non possono venire in alcun modo utilizzati per trasmettere informazioni o per esercitare azioni a velocità superiore a quella della luce». Si può però realizzare una forma di trasporto basata sugli stati «aggrovigliati», o «entangled» come dicono gli scienziati: il teletrasporto quantistico, ideato nel 1993 dal fisico Charles Bennet. L'intera informazione necessaria a riprodurre un oggetto si può separare in due parti, una quantistica e una classica. La prima può essere trasmessa istantaneamente ma per usarla occorre conoscere la seconda, che può essere trasmessa solo per vie convenzionali come canali telefonici o elettronici, e quindi a velocità inferiori a quella della luce. Immaginiamo di avere due personaggi: Alice ha un fotone, un corpuscolo elementare della luce, dì cui non sa nulla; il suo compito è trasmetterlo a Bob che è molto distante in un luogo non ben precisato. Le regole alla base della meccanica quantistica, precisamente il principio di mdeterrninazione di Heisenberg, impediscono ad Alice di misurare qualsiasi caratteristica del fotone per comunicarla a Bob, o di «copiare» la particella per mandargliela direttamente. Infatti il processo di misura altera le proprietà dell'oggetto misurato in modo tale che parte dell'informazione si perde inevi¬ tabilmente. Sarebbe inoltre troppo lento e insicuro mandare l'originale, soprattutto perché Alice non sa dov'è Bob. Ma i due prima di separarsi hanno condiviso la coppia A e B di fotoni «aggrovigliati» e se Alice possiede A, Bob ha portato B con sé. E' questo il canale quantistico intermediario che permetterà ad Alice di mandare il messaggio (il fotone originario) a Bob. Infatti Alice può eseguire una misura sul sistema formato dal suo fotone-messaggio e da A. In questo modo non saprà nulla delle caratteristiche del messaggio perché il processo stesso della misura le avrà alterate distruggendo il fotone da teletrasportare. Ma, a causa del canale tra A e B, anche B risulterà simultaneamente cambiato e in questo modo è passata la parte quantistica dell' informa zione. Ad Alice non resta ora che trasmettere a Bob per via classica il risultato della sua misura, o me¬ glio il tipo di misura eseguita. A questo punto Bob potrà eseguire la misura sulla particella B per trovare una perfetta copia del messaggio. «E non si tratta di una clonazione - precisa De Martini di fronte al delicato apparato ottico realizzato nel suo laboratorio grazie ai fisici Danilo Boschi e Salvatore Branca -. Infatti la misura di Alice distrugge la particella originaria e tutte le sue caratteristiche si ritrovano nel fotone di Bob». Ovviamente i due esperimenti, quello austriaco e quello italiano, sono ben più complicati della storia di Alice e Bob e sono anche diversi fra loro. Ma veniamo ora alle concrete applicazioni tecnologiche del teletrasporto quantistico. Per esempio, la realizzazione di computer quantistici, veloci e sicuri nel teletrasportare dati e risolvere problemi complessi. «Siamo in trattative con Charles Bennet dell'Ibm racconta De Martini - per co¬ struire con le nostre tecniche sperimentali un componente basilare dei quanto-computer, il control-not. Il funzionamento di questo congegno sarebbe molto simile a quello delle parti che costituiscono il nostro apparato sperimentale». Un'altra applicazione riguarda i metodi di crittografia per trasmettere codici cifrati. «Oggi la crittografia quantistica - dice De Martini - si basa sull'utilizzazione di due canali per tramettere le informazioni, uno classico e uno quantistico. Quest'ultimo porta il 90% dell'informazione che però non può essere decifrata se non si ha una chiave che viene trasmessa attraverso il canale classico. Come nel caso del nostro teletrasporto di fotoni, la trasmissione dell'informazione non può avvenne se non con velocità inferiori a quella della luce». Marta Cerù