La meccanica quantistica non è più fantascienza: ecco come sta cambiando tutto
La meccanica quantistica ha smesso da un pezzo di essere quella teoria astrusa che faceva litigare i fisici nei corridoi delle università. Quello che un secolo fa sembrava un rompicapo filosofico, buono al massimo per animare discussioni accademiche, oggi è il motore di tecnologie che toccano la vita di chiunque. Dai laser che leggono i codici a barre al supermercato fino ai sistemi di comunicazione ultrasicuri, passando per i primi prototipi di computer quantistici, il salto è stato enorme. E secondo i ricercatori, la parte più sorprendente potrebbe ancora arrivare.
A rimettere insieme i pezzi di questa storia straordinaria ci ha pensato il dottor Marlan Scully, della Texas A&M University, in un articolo pubblicato sulla rivista Science. Scully non è uno qualunque: ha co-scritto il manuale Quantum Optics, un testo che ha formato generazioni di fisici, e ha contribuito in prima persona allo sviluppo della spettroscopia laser su scala nanometrica. La sua riflessione parte da lontano, dal famoso paradosso del gatto di Schrödinger proposto nel 1935, quell’esperimento mentale in cui un gatto poteva essere contemporaneamente vivo e morto. Un’idea nata per mostrare quanto fosse bizzarra la meccanica quantistica. Oggi quella bizzarria è diventata il fondamento della crittografia quantistica e della rilevazione delle onde gravitazionali.
Dalla coerenza quantistica ai motori che sfidano la termodinamica classica
Uno dei concetti chiave che ha reso possibile tutto questo è la coerenza quantistica, quel fenomeno per cui particelle come atomi e fotoni restano coordinate tra loro anche a distanze notevoli. È grazie a questo principio che sono nati i laser, una tecnologia che inizialmente molti ritenevano irrealizzabile. Strettamente legato alla coerenza c’è poi l’entanglement quantistico, quella connessione istantanea tra particelle che Einstein definì con una certa diffidenza “azione spettrale a distanza”. Eppure proprio l’entanglement oggi rende possibili sistemi di crittografia praticamente inviolabili e migliora la sensibilità di strumenti come il LIGO, l’osservatorio che cattura increspature nello spaziotempo.
Ma la meccanica quantistica sta riscrivendo regole anche in campi insospettabili. Scully e altri ricercatori stanno esplorando i motori termici quantistici, dispositivi che sfruttando la coerenza potrebbero superare il cosiddetto limite di Carnot, il tetto massimo di efficienza imposto dalla termodinamica classica. Significa, in parole povere, che le leggi della fisica classica potrebbero non essere l’ultima parola quando si entra nel territorio quantistico.
Biologia, gravità e turbolenze: i nuovi confini della meccanica quantistica
L’influenza della meccanica quantistica ormai va ben oltre la fisica pura. In ambito biologico, tecniche come la spettroscopia Raman coerente permettono di studiare virus e strutture molecolari con una precisione fino a poco tempo fa impensabile. Sul fronte della fisica fondamentale, intere comunità di scienziati stanno cercando di riconciliare la meccanica quantistica con la relatività di Einstein, uno dei problemi aperti più ostinati della scienza moderna. C’è chi lavora sulla teoria delle stringhe, chi sulla gravità quantistica.
E poi c’è un’applicazione che nessuno si aspetterebbe: la turbolenza. Quel moto caotico di aria e fluidi che influenza il meteo, il clima e la sicurezza dei voli. Studiando l’elio superfluido, una sostanza che si comporta in modo quantistico molto particolare, i ricercatori stanno trovando schemi utili per migliorare i modelli climatici e le previsioni di tempeste.
La domanda che resta, a questo punto, è quasi ovvia: cosa ci riserva il prossimo secolo di scoperte quantistiche? La gravità può essere quantizzata? I computer quantistici rivoluzioneranno davvero la medicina? Come ha detto Scully, all’inizio del Novecento molti pensavano che la fisica fosse completa. Oggi sappiamo che l’avventura è appena cominciata.
