Terry Rudolph è professore di Fisica quantistica all'Imperial College di Londra. Pare abbia scoperto soltanto dopo la laurea di avere i quanti nel Dna: infatti Erwin Schrödinger era suo nonno, per parte di madre. Nel suo libro Q is for Quantum, pubblicato in italiano da Adelphi col titolo Quanti, tenta di «aiutare le persone a comprendere gli aspetti filosoficamente più strani della teoria, senza orientarle verso ciò che significano; anche perché, nonostante milioni di parole spese sull'argomento, nessuno davvero lo sa». Da anni si occupa di computer quantistici e nel 2016 ha cofondato la PsiQuantum, una azienda con base nella Silicon Valley.
Professor Rudolph, la fisica quantistica è spesso ritenuta una teoria complicata, lontana dalla realtà. È così?
«Quando osserva una tazza di caffè di fronte a lei, sa che ha molte proprietà fisiche: quanto è calda, quanto è alta e quanto è larga, quanto pesa, di che colore è, se il liquido all'interno sia dolce o no, eccetera. Ora, io sono qui a San Francisco, a diecimila chilometri di distanza da lei. Immagini se le dicessi che le proprietà della sua tazza di caffè dipendono anche da quello che mangerò a pranzo... Questo sì che sembrerebbe strano. Ecco, quando applichiamo la teoria quantistica alle proprietà fisiche delle particelle, a volte scopriamo cose come queste; il che rende complicato comprendere quello che la teoria ci sta dicendo sulle vere proprietà fisiche delle cose».
Ma quali sono le sue applicazioni nella vita di tutti i giorni?
«Innanzitutto il laser, che è uno stato quantistico molto particolare delle particelle di luce, i fotoni. Senza laser non avremmo internet: tutta la comunicazione su grandi distanze avviene attraverso la luce laser, trasportata lungo la fibra ottica. Poi ci sono i transistor, che sono alla base di tutte le tecnologie digitali: senza i transistor non esisterebbero i computer. E le loro proprietà sono dovute agli effetti quantistici del modo in cui gli elettroni si muovono all'interno di materiali come il silicio».
Che altro?
«Gli orologi atomici. Per misurare il tempo in maniera molto accurata dobbiamo ricorrere agli effetti quantistici negli atomi».
Non un problema comune...
«Ma senza gli orologi quantistici non ci sarebbe il Gps. Affinché il Gps funzioni, infatti, dobbiamo misurare intervalli di tempo brevissimi, quelli fra i segnali del satellite, in modo precisissimo. E ci sono le applicazioni in medicina».
Come?
«Grazie ai superconduttori. Quando andiamo a fare una risonanza magnetica, ci infilano in un grosso magnete; e questo magnete è possibile per via degli effetti quantistici in un materiale che chiamiamo superconduttore. Poi, tutti i farmaci dipendono dalla chimica e comprendere la chimica è possibile solamente grazie alla teoria quantistica. Perciò, anche se le persone possono pensare che la teoria quantistica sia un angolino strano ed esoterico della fisica, in realtà è qualcosa di molto importante nelle nostre vite moderne».
Ci sono altre tecnologie importanti basate sui quanti?
«Il nostro mondo dipende dall'essere in grado di costruire dei buoni computer. Non per Instagram o per prenotare il ristorante: la nostra capacità computazionale influenza come progettiamo e costruiamo le città, come prevediamo il meteo, come produciamo e controlliamo l'energia, come scopriamo le medicine. E per risolvere questi problemi importanti ci servono quegli strumenti enormi e costosi detti supercomputer. Ecco, fra le tecnologie fondamentali basate sugli effetti quantistici ce n'è un'altra, che ancora non possediamo ma che desideriamo fortemente: il computer quantistico».
Perché lo vogliamo così tanto?
«Innanzitutto, un computer quantistico non rimpiazzerebbe il nostro portatile, bensì alcuni supercomputer. Farebbe calcoli che i supercomputer normali non sarebbero mai in grado di fare e ci consentirebbe di progredire in molti ambiti, come la chimica o la scienza dei materiali, sostituendo i nostri esperimenti lenti e imprecisi».
Perché è così difficile realizzarlo?
«Perché esso utilizza effetti quantistici assai più complicati di quelli degli orologi atomici o dei laser; inoltre deve essere molto grande. Ora, uno degli aspetti peculiari della teoria quantistica è che gli effetti siano molto sensibili al fatto di essere osservati, cioè misurati. E quando cominciamo a costruire un grosso computer quantistico ci sono così tante particelle coinvolte che diventa arduo assicurarsi che esse non siano inavvertitamente osservate prima che la computazione sia terminata... E questo è il motivo per cui la sua costruzione rappresenta una sfida ingegneristica che molte aziende stanno cercando di risolvere».
In quali altri ambiti si potrà applicare la teoria in futuro?
«Ci sono due settori che ci aspettiamo siano rivoluzionati dai computer quantistici: la scienza dei materiali e la biochimica, cioè la chimica dei viventi. Osservi l'edificio in cui si trova: molti materiali diversi contribuiscono alla sua struttura, come il vetro, il cemento, eccetera. Pensi all'immenso sforzo compiuto da tante persone e quanta energia sia servita per costruirlo. Insomma un edificio moderno sembra un'impresa incredibile di ingegnosità e abilità ingegneristica. Ma davvero conosciamo tutto ciò che è conoscibile di questo processo?».
Pare capire di no...
«Ecco. E ora pensi a un seme che cade nel terreno. Cresce e diventa un albero alto cento metri, solo attraverso l'acqua, l'aria e la luce del Sole. Può resistere per mille anni e perfino curarsi da solo. I nostri edifici sono di una semplicità quasi banale, a confronto. Insomma noi siamo soltanto ai primordi della comprensione della chimica e della scienza dei materiali possibili in questo universo; e un computer quantistico sarebbe fondamentale per aiutarci in questo viaggio».
Che cosa possiamo aspettarci?
«Perfino per un supercomputer enorme e costosissimo oggi è impossibile fare previsioni accurate su quello che accade ad esempio quando facciamo interagire certe molecole e certi materiali... Per ora dobbiamo continuare a fare esperimenti, che sono lenti, costosi e confusi. E questo rallenta la progettazione di nuovi farmaci, o la produzione di batterie migliori per veicoli elettrici, o perfino una cosa semplice come produrre fertilizzanti».
Le prospettive più affascinanti?
«Finora ci siamo concentrati sulla tecnologia e l'ingegneria. Ma poiché tutta l'esistenza dipende dalla chimica e la chimica dipende dalla fisica quantistica, ci saranno molte implicazioni pratiche derivanti da una comprensione sempre maggiore della teoria quantistica. Speculare su dove la tecnologia quantistica ci porterà in futuro è pericoloso, ma io spero in una seconda rivoluzione industriale, che sia più in armonia con la natura, proprio come l'albero di cui abbiamo parlato... Anche se, per uno scienziato, la teoria quantistica è meravigliosamente strana anche solo dal punto di vista filosofico».
È rivoluzionaria di per sé?
«Diciamo che non è quel genere di cosa che ci sarebbe mai venuta in mente, se avessimo dovuto inventare le regole dell'universo».
