La progettazione quantistica è uno dei campi di ricerca che recentemente hanno avuto un consistente aumento di finanziamenti, soprattutto da parte dei governi. Già agli inizi degli anni ottanta si muovevano i primi passi verso l’informatica quantistica, quando il fisico statunitense Paul Benioff ha sviluppato un prototipo di sistema quantistico partendo dalla macchina di Turing, ma solo nel 2019 è stato proposto il primo modello commerciale di dispositivo quantistico da parte della IBM. Nello stesso anno diversi giornali di tutto il mondo hanno diffuso la notizia che la compagnia Google fosse riuscita a creare un processore in grado di risolvere pochi minuti calcoli che avrebbero richiesto decine di migliaia di anni a dei sistemi informatici classici, come ha affermato la multinazionale stessa un dopo un mese di silenzio al riguardo.
Davide Bacco, ricercatore di fisica della materia all’Università degli studi di Firenze e uno dei fondatori della Quantum Telecommunication Italy start-up, è riuscito ad ottenere un finanziamento di oltre un milione di euro da parte dell’European Research Council (un organo istituito dalla Commissione europea al fine di sostenere il progresso della ricerca scientifica) per lo sviluppo del suo progetto Qomune, che prevede la progettazione nei prossimi cinque anni di una rete che riesca a mettere in comunicazione diversi dispositivi quantistici.
Il Dottore di Ricerca Davide Bacco ci ha concesso un’intervista per parlare del suo progetto e degli sviluppi futuri di questa branca della fisica. Lasciamo dunque a lui la parola.
Come è nata la sua passione verso la fisica? E quali studi ha perseguito fino ad oggi?
«Sono nato in provincia di Padova, città in cui mi sono iscritto alla facoltà di ingegneria dell’informazione con specializzazione in ingegneria delle comunicazioni. Durante la tesi di magistrale, ovvero quella dell’ultimo anno, mi sono appassionato riguardo alla tematica delle comunicazioni sicure, e sono entrato in contatto con la crittografia quantistica. In seguito ho vinto una borsa di studi per il dottorato all’università di Padova, così dal 2012 al 2015 ho conseguito il dottorato di ricerca in comunicazioni quantistiche. Mi sono trasferito all’Università tecnica della Danimarca, situata a Copenaghen, dove sono rimasto per sette anni.»
Riguardo il suo trasferimento in Danimarca, quali sono le principali differenze rispetto all’Italia nel campo dell’istruzione e della ricerca?
«All’università danese ho trovato diversi studenti italiani che si erano trasferiti per diversi motivi. In Danimarca l’università è gratuita per tutti gli studenti europei, inoltre il modo di apprendere è molto più pratico e sperimentale, contrariamente a quanto succede in Italia dove l’insegnamento è soprattutto teorico. Per di più il rapporto con i professori è più aperto, anche riguardo l’ambito della ricerca c’è molto più dinamismo, infine i campus sono molto più accessoriati (alcuni hanno anche campi da basket e da tennis) al fine di mettere gli studenti a proprio agio. Consiglio sempre un’esperienza all’estero perché fornisce un altro punto di vista oltre che la possibilità di conoscere nuove menti, aiutando la propria crescita personale.»
Lei è riuscito ad ottenere un finanziamento dall’ERC per sviluppare il suo progetto Qomune. Potrebbe spiegarci come ha concepito questa idea e come progetta di portarla avanti?
«Internet è una rete di dispositivi (sia mobili che fissi), messi in comunicazione, che sfrutta i microchip per permettere le operazioni più semplici che sono alla base del funzionamento dell’intero sistema, come addizioni e sottrazioni. Ma se invece di avere un server classico abbiamo un dispositivo quantistico, ovvero un dispositivo che utilizza le leggi della meccanica quantistica, possiamo migliorare le applicazioni informatiche. È più corretto utilizzare il termine dispositivo quantistico anziché computer quantistico, dal momento che il campo delle tecnologie quantistiche è ancora qualcosa di molto complesso. Il progetto prevede di mettere in comunicazione diversi dispositivi quantistici, quindi di creare una rete quantistica (quantum internet). L’obiettivo è quello di migliorare i risultati dei prototipi progettati fino ad oggi di quantum internet, che incontrano ancora diverse problematiche. L’idea alla base del progetto è quella di osservare come possono variare questi sistemi cambiando la tecnologia di base. Al posto di microchips dove circola la corrente elettrica, adotteremo dei chips dove invece circola la luce, detti photonic integrated circuits.»
Abbiamo letto un articolo della rivista online Wired Italia risalente al 2019 (Crittografia quantistica, il primo test in Italia a prova di hacker | Wired Italia) riguardo alla prima volta che è stato testato con successo un sistema di crittografia quantistica proprio a Firenze da parte di un gruppo di ricercatori dell’Istituto nazionale di ottica CNR e del Lens di Firenze, di cui anche lei faceva parte. Di cosa si trattava esattamente questo esperimento?
«Quello fu effettivamente il primo esperimento fatto in Italia di comunicazione quantistica in fibra ottica. Una delle principali applicazioni della crittografia quantistica è il poter aumentare la sicurezza delle nostre comunicazioni: possiamo sfruttare le leggi della meccanica quantistica per creare delle chiavi crittografiche che possano garantire una sicurezza incondizionata, cosa altrimenti impossibile da conseguire attraverso i computer classici. Quel primo esperimento ha dimostrato che la tecnologia a nostra disposizione poteva funzionare al di fuori di un laboratorio di ricerca. Questo esperimento ha inoltre comprovato che avevamo gli strumenti necessari per la creazione dell’Italian Quantum Backbone, un’infrastruttura ancora in fase di costruzione che dovrebbe collegare Torino a all’Italia meridionale e che ci permetterà nei prossimi anni di comunicare in assoluta sicurezza. In più, questo progetto ha ispirato la fondazione di una nuova start-up che si occupasse proprio di sistemi quantistici, la QTI (Quantum Telecommunication Italy), con sede a Firenze.»
Quest’anno il premio nobel per la fisica è stato assegnato a un gruppo di scienziati, Alain Aspect, John F. Clauser e Anton Zeilinger, che hanno compreso il ruolo dell’entanglement a livello delle particelle, in particolare hanno dimostrato come è possibile controllare particelle che sono in uno stato di entanglement. Quali applicazioni ha questa nuova scoperta nella progettazione della crittografia quantistica?
«L’entanglement (o correlazione quantistica) è uno dei principi fondamentali della fisica quantistica. Per sviluppare un quantum internet è necessario che i dispositivi siano in uno stato di entanglement, creando così una rete di relazione fra i diversi dispositivi quantistici. Questa caratteristica ci potrà permettere in futuro di collegare due dispositivi a grandi distanze per trasferire un stato quantistico. Si ipotizza inoltre che un’altra applicazione dei sistemi quantistici in futuro sarà quella di poter simulare dettagliatamente l’interazione chimica delle molecole, ad esempio si crede che con i futuri programmi informatici basati sulla tecnologia dei quanti saremo in grado di determinare il comportamento di un farmaco contro una malattia quando viene assunto .»
