Teletrasporto: Dalla fantascienza alla realtà

231 Pages·2011·3.75 MB·Italian

by  Leonardo Castellani

Leonardo Castellani
Giulia Alice Fornaro
Teletrasporto
Dalla fantascienza alla realtà
1 3
LEONARDO CASTELLANI
GIULIA ALICE FORNARO
Dipartimento di Scienze e Tecnologie avanzate
Università del Piemonte Orientale, Alessandria
Collanaiblu-paginediscienzaideataecuratadaMarinaForlizzi
ISBN978-88-470-1613-2 e-ISBN978-88-470-1614-9
DOI10.1007/978-88-470-1614-9
©Springer-VerlagItalia2011
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Prefazione
Dopoigrandilibriditestimonianzasullosterminiodegliebreiad
operadeinazisti(Sequestoèunuomo,LaTregua),nel1966Primo
Leviesordìcomenarratore“puro”conunaraccoltadiraccontiinti-
tolata Storienaturali e firmata con lo pseudonimo di Damiano
Malabaila.Inprimaapprossimazionepotremmoclassificarlocome
unlibrodifantascienza.Inrealtàsitrattadibenaltro.Ilpretesto
deiquindiciraccontièdisolitounatrovatatecnologicaavveniri-
stica.MaPrimoLevidàilpretestoperscontatoelafantascienzasi
ferma lì. Ciò che gli interessa è creare situazioni paradossali,
costruirestoriefilosoficheemostrarel’ambiguitàdicertiprogressi
tecnologici quando vengono adottati in modo acritico.Il tutto
esercitandoilsuospecialeumorismo,tantopiùefficacequantopiù
dissimulato.
AlcuneapplicazionidelMimeteèunadiqueste“storienaturali”
chenaturalinonsonoperniente.Checosasiail“Mimete”Primo
Levilospieganelraccontoprecedente:èunamacchinaperdupli-
careoggetti,unaspeciedifotocopiatricetridimensionale.Ladupli-
cazioneavvienedentrounascatolasigillataattingendoimateriali
necessari da un“pabulum”,letteralmente“pascolo”,“cibo”,“nutri-
mento”,unasostanzainformechecontiene,percosìdire,tuttele
sostanzeesistentioanchesolopossibili.
Bene.GilbertosiprocuraunMimetedigrandidimensionielo
usaperduplicaresuamoglieEmma.L’operazioneriesceperfetta-
mente.Leduedonnesonoindistinguibili,alpuntocheGilberto
per non sbagliarsi deve contrassegnare Emma II con un nastro
biancotraicapelli“cheleconferivaunaspettovagamentemona-
VI
cale”.Ma,benchéidentiche,conilpassaredeigiorni,originalee
T fotocopiaunpo’pervoltaincomincianoadifferenziarsi,adiver-
e
le gere.PeresempioEmmaIIsiprendeunraffreddore.Lacosagrave
tra ècheGilbertoimpercettibilmentesiallontanadaEmmaIperaffe-
s
p
o zionarsiaEmmaII.Comeèfacilecapire,laquestionesifaseria.Gil-
rto bertoperòneesceconuncolpodigenio:duplicasestesso,dà
-
D comecompagnoaEmmaIlapropriafotocopiaeluisiuniscefeli-
a
lla cementeaEmmaII.
fa QuasimezzosecolofaquestoraccontodiPrimoLevisollevava
n
ta unodeiproblemidelteletrasporto:nonbastariprodurreadistanza
s
c unoggetto(osevoleteunapersona:tantofantasticareègratuito!).
ie
n Perchénonsitrattidisemplice(semplice?)duplicazionemadi
z
a
teletrasportoautentico,nondeverimaneretracciadell’originale.Il
a
lla nuovooriginale–paradossalmente–saràlacopia,perchélepar-
re ticelleelementarisonotutteidenticheeilteletrasportononpre-
a
ltà supponelospostamentoadistanzadimateria,masoltantodelle
informazioninecessarieperassemblarealtramaterianelluogodi
arrivo.Materiachesaràuninsiemediparticellecorrispondenteal
“pabulum”informeimmaginatodalloscrittoretorinese.
Lacosastraordinariaècheilteletrasporto–anticipatoinmodo
sottiledaPrimoLeviepiùgrossolanodaaltriscrittori,inclusoGene
Roddenberry,ideatoredellaseriediStarTrek–èdavveroscientifi-
camentepossibile.Anziègiàrealtà.Ilsegretostanelfenomeno
quantistico dell’entanglement, che possiamo tradurre come
“intreccio”o correlazione tra particelle,anche lontane tra loro.
Senzaentrareinparticolarichequestolibrospiegamoltobene
grazieallacollaborazionetraLeonardoCastellani, fisicoteorico,e
GiuliaAliceFornaro,unasuaallievainteressataalladivulgazione
scientifica,succedecheindeterminatecondizionidiventipossi-
bilegenerareparticelle(fotoni,elettroni,protonioanchenuclei
atomici) checondividonounastessaproprietà (peresempiola
polarizzazioneolospin) inmodocorrelato. Èquestaproprietà
l’“informazione”checaratterizzalaparticella,echevieneteletra-
sportatasulla“rotaia”dellacorrelazione.
NelCapitolo1gliautoriprovanoacalcolarequanteinforma-
zionibisognerebbetrasferireperriprodurreunapersonaunpo’
comefail“Mimete”immaginatodaPrimoLevi.L’esitoèdesolante.
Poichésiamocostituitidacirca1028atomi,ognunodeiqualiper
esseredescrittorichiedeuncentinaiodibit,bisognerebberilevare,
VII
memorizzareeriprodurre1030bit.Perprocessarli,ilpiùpotente
calcolatoreattualeimpiegherebbeuntempo200voltepiùlungo P
diquellotrascorsodalBigBangadoggi.No,nonc’èsperanzaper refa
ilteletrasportosuscalamacroscopicaallaPrimoLevioallaStar zio
Trek,equindinondobbiamopreoccuparcidieventualiduplica- ne
zioninelcasochequalcosavadastorto.
Tuttaviasuscalamicroscopica,ilteletrasportoèstatorealizzato
inlaboratorioeanchefuori:nel2004,leggereteinquestolibro,il
gruppo del fisico austriaco Anton Zeilinger è riuscito a teletra-
sportarelostatodialcunifotonia600metriscavalcandoilDanu-
bio.Enel2010ungruppodifisicicinesiharaggiuntoladistanza
di16chilometriaprendouncanalequantisticoattraversol’atmo-
sfera:ilchefapensarechesipotrebbeteletrasportareanchedalla
superficiedelpianetaTerraversoaltripianeti.
Sono esperimenti affascinanti,ma ancora una volta la loro
importanzanonconsistenelvederlicomeprimipassidiuntra-
guardomacroscopicocheprobabilmentenonsaràmairaggiun-
gibile(eforseèmegliocosì).L’importanzadiquestericerchesta
nelfattocheleloroapplicazionipotrannoprestodiventaremolto
concrete:calcolatoriquantisticiultrapotenti,tecnichepercriptare
messaggiaprovadiqualsiasitentativodidecifrazione(cosainte-
ressanteancheperlanostracartadicredito),memoriequantisti-
che,elaborazione di immagini“fantasma”,orologi atomici mille
voltepiùprecisidiquellidell’attualegenerazione.
Ormai dovremmo saperlo: il bello della ricerca dipende in
buonapartedall’imprevedibilitàdeisuoisbocchi.Dunque,leg-
gendoquestepagine,impareremoqualcosadelnostrofuturo.In
modosemplice,maancheconqualcheformulaeunpo’dimate-
maticaquandoserve.Iconcettifondamentalidelteletrasporto,
comunque,possonoanchefarneameno:passanobenissimoattra-
verso piccoli disegni disseminati nel testo e i tanti esempi che
hannocomeprotagonistiBobeAlice.Sì,Alice,unnomechenona
casosiabbinaal“paesedellemeraviglie”.
Torino,gennaio2011 PieroBianucci
Indice
Introduzione 1
Capitolo1
Ilteletrasportonellafantascienza 5
Capitolo2
Ilmondoalmicroscopio 31
Capitolo3
Leregoledelgioco 45
Capitolo4
Entanglement:unsorprendenteintreccio 71
Capitolo5
Crittografiaecrittoanalisi:unalottaeterna? 117
Capitolo6
Calcolatoriquantistici:larivoluzioneèalleporte 143
Capitolo7
Ilteletrasportonellarealtà 181
Capitolo8
…enonsoloilteletrasporto 197
Bibliografia 219
Introduzione
Attraversareunaportaetrovarsiistantaneamenteinunaltroluogo,
anchemoltodistante…unbelsogno!
Tuttiloabbiamodesiderato,bloccatineltrafficoonellacodadi
un interminabile check-in.Non mancano scrittori e registi che
hannodatosostanzavisivaaquestosogno,ehannoresoquasi
familiarel’ideadelteletrasporto.Malascienzaelatecnologiapos-
sonofarcipassaredallafantasiaallarealtà?Èpossibile,oggioin
undomaninontroppolontano,ilteletrasporto?
Ebbeneilteletrasportodisistemimicroscopiciègiàunarealtà,
edèquestarealtàcheciproponiamodiesplorare.Nelnostroper-
corsoparleremoanchedellascienzadellasegretezzaedeimes-
saggicifrati,edellenuovetecnologiepericalcolatoridelfuturo.Il
filorossochecollegaquestiargomentièilcosiddettoentangle-
mentointreccioquantistico,unacaratteristicafondamentaledella
fisicachedescriveisistemimicroscopici.
Cercheremodifornireallettoregliattrezzinecessariperquesta
esplorazione.Lafisicaquantisticaevocateoriedifficili,lontanedal
sensocomune,robada“addettiailavori”.Chissàpoiquantaastrusa
matematica!Riteniamoinvececheifondamentieiconcettiessen-
ziali della fisica microscopica siano molto accessibili:perfino la
matematicanecessariasiriduceall’aritmeticaelementareealla
manipolazionedioggettiappenapiùcomplicatideinumeriusuali.
Nonciaccontentiamoquindidiun’esposizionesolodescrittiva.
Invitiamoillettoreariprodurreluistessoirisultatieaprovarela
stessaemozionedeifisicicheperprimihannogettatolebasidella
conoscenzadelmondomicroscopico.
L. Castellani et al., Teletrasporto
© Springer-Verlag Italia 2011
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Nel Capitolo 1 introduciamo il tema del teletrasporto così
T comevienetrattatoneiraccontiefilmdifantascienza,enerile-
e
le viamoalcuniaspettiparadossali.
tra NelCapitolo2sipassanoinrassegnalecaratteristichepeculiari
s
p
o delmondoascalamicroscopica,descrittedallafisicaquantistica.
rto NelCapitolo3sifornisconotreregoleper“giocare”conlepar-
-
D ticelleededurreillorocomportamento.
a
lla NelCapitolo4s’incontral’entanglement,unacorrelazionetra
fa particelleanchedistanticheèconseguenzainevitabiledelletre
n
ta regoledelgiocoquantistico.Nelcorsodelcapitolosidiscutedel
s
c “paradosso”diEinstein,PodolskyeRosen,delleteorieconvariabili
ie
n nascosteedelladisuguaglianzadiBell.Infines’illustranoleverifi-
z
a
chesperimentalidell’entanglement.
a
lla NelCapitolo5,dopounabrevestoriadellacrittografiaclassica
re edeisuoilimiti,sidimostracomelacrittografiaquantisticaoffrala
a
ltà segretezzaassoluta.
NelCapitolo6sirendeesplicitoilfunzionamentodeicalcola-
toriquantistici,senediscutonolepotenzialitàeilimitiattuali,ele
difficoltàdasuperarenellalororealizzazionepratica.
NelCapitolo7finalmentesidescriveilteletrasportonellarealtà
sperimentale,basatosull’entanglementdifotoni.
NelCapitolo8siparladialtrerecentiapplicazionidellepro-
prietàdellamateriaascalamicroscopica:memoriequantistichead
accessocasuale(qRAM),tecnologiecheutilizzanol’entanglement
perprodurreimmagini“fantasma”oadaltarisoluzione,eorologi
atomiciancorapiùprecisi.
Ringraziamenti
IlnostroprimoringraziamentovaaPieroBianuccieMarinaFor-
lizzichehannosuggeritoepoiincoraggiatolarealizzazionedi
questolibro.Ringraziamoilgruppodiotticaquantisticadell’INRiM
diTorinodirettodaMarcoGenovese,gruppodiricercaesemplare
percompetenzaedentusiasmo.InparticolareringraziamoAlice
Meda e Ivano Ruo Berchera per molteplici indicazioni e chiari-
menti.RingraziamoancheMarcoGramegnaperlesuespiegazioni
sugliaspettisperimentalidellarealizzazioneotticadicrittografia
ecomputazionequantistica.GrazieancheaSalvatoreMicaliziodel