Armi quantistiche: lo strano mondo delle particelle entra in guerra

Nel mondo degli atomi accadono cose strane: le particelle possono esistere in due luoghi contemporaneamente, attraversare barriere solide come muri e persino comunicare istantaneamente a migliaia di chilometri di distanza. Nella realtà che osserviamo, questi comportamenti sono impossibili, confinati al regno della fantascienza; ma a livello atomico, soprannominato mondo quantistico , sono una realtà quotidiana che gli scienziati esplorano dal secolo scorso, cercando in qualche modo di conciliarsi con la nostra "banale" materialità.

Queste proprietà quasi "magiche" ma del tutto reali degli atomi porteranno molti a credere che, in futuro, la tecnologia sarà in grado di trasformare un oggetto solido in una sorta di "fantasma" che attraversa i muri, o che si potrà ottenere il potere dell'ubiquità. E poi, è possibile che l'immaginazione si estenda al punto da poter intravedere le applicazioni militari di questi strumenti: da eserciti invisibili ad armi che causano danni inimmaginabili. Questo estremo rimane fantascienza: mentre gli scienziati stanno ancora esplorando le loro possibilità e applicazioni, il settore è più concentrato sulla creazione di computer quantistici con una capacità di calcolo senza precedenti, che consentano di fare di tutto, dalla creazione di farmaci on-demand all'ottimizzazione dei processi industriali in qualsiasi fabbrica fino all'ultimo millimetro.

Naturalmente si stanno esplorando anche applicazioni militari, con paesi come gli Stati Uniti e la Cina che sono all'avanguardia negli investimenti in questa promettente nuova tecnologia.

Ad esempio, nel 2023, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti ha annunciato un progetto da 45 milioni di dollari per integrare componenti quantistici nei sistemi d'arma per aumentare la precisione di puntamento. All'inizio del 2024, il Ministero della Difesa del Regno Unito ha testato un sistema di navigazione quantistica che non può essere disturbato.

Quindi, la fisica quantistica potrebbe cambiare le guerre come le conosciamo?

"L'obiettivo principale delle tecnologie quantistiche è manipolare o elaborare informazioni", ha spiegato ad ABC Diego Porras Torre, presidente del Gruppo Specializzato in Tecnologie Quantistiche e Informazione della Reale Società Spagnola di Fisica (RSEF). In altre parole, il "teletrasporto" si applica più alle informazioni che alla materia. "Questo è il caso dell'informatica quantistica, delle comunicazioni e dei sensori, il cui obiettivo è effettuare misurazioni ad alta precisione utilizzando l'entanglement o la coerenza quantistica".

Uno degli esempi più discussi dell'applicazione militare di questa nuova tecnologia è il radar quantistico. Sebbene si tratti ancora di un sistema molto embrionale – e la sua effettiva fattibilità sia discutibile – l'idea è che questo strumento utilizzi la capacità quantistica dei fotoni (le particelle che compongono la luce), consentendo a due di essi di entrare in entanglement e comunicare immediatamente il proprio stato, modificando il proprio, anche a grande distanza. È un po' come la capacità a volte presunta dei gemelli: possono percepire ciò che l'altro sta sperimentando anche quando sono separati.

Esistono prototipi in cui un fotone viene prelevato da ciascuna coppia entangled e sparato in un fascio di microonde. L'altro fotone viene trattenuto all'interno del sistema radar. Di tutti i fotoni emessi, solo i pochi che collidono con un veicolo verranno riflessi, proprio come le onde radio vengono riflesse dal radar. Tuttavia, a differenza delle onde radio, che hanno già modi per eluderle, il radar quantistico sarebbe impossibile da eludere, poiché se il fotone sparato viene "disturbato" da una collisione con un aereo o un sottomarino, l'altra particella entangled segnalerà istantaneamente il cambiamento.

Tuttavia, progetti di questo tipo, come quello presentato nel 2018 dalla più grande azienda cinese di difesa elettronica, la China Electronics and Technology Corporation (CETC), o il dispositivo su cui sta lavorando Jonathan Baugh, ricercatore presso l'Università di Waterloo (Canada), destinato a essere utilizzato nelle stazioni artiche gestite dal North American Aerospace Defense Command (NORAD, un'organizzazione congiunta statunitense-canadese), sono ancora in fase di sperimentazione e si sa ancora poco al riguardo. "È importante chiarire che molte di queste applicazioni, come il radar quantistico, sono altamente speculative e, a rigor di termini, non è ancora chiaro se possano essere utilizzate in applicazioni pratiche", sottolinea Porras.

"Purtroppo, in tutti i settori delle tecnologie quantistiche circolano molte informazioni distorte e notizie inaffidabili, molte delle quali prive di fondamento scientifico o pubblicazioni verificabili. Il campo dei radar è uno di questi casi", spiega Juan José García Ripoll, ricercatore del gruppo di Informazione Quantistica e Fondamenti della Teoria Quantistica presso l'IFF-CSIC. "D'altra parte, nel campo della comunicazione quantistica si registrano progressi più che soddisfacenti, sebbene la tecnologia non sia ancora esente da incertezze". E in questo caso, è vero che sono già stati condotti diversi esperimenti di successo, il che suggerisce che le applicazioni quantistiche nel campo della comunicazione potrebbero essere più vicine.

La comunicazione quantistica segue fondamentalmente lo stesso principio del radar quantistico: due particelle correlate contenenti informazioni comunicano istantaneamente. Tuttavia, se qualcuno tenta di intercettare il messaggio, il sistema è così sensibile che il contenuto viene distrutto, rendendolo impossibile da intercettare e garantendo un livello di sicurezza mai visto prima nei sistemi di crittografia tradizionali. A questo proposito, il gigante asiatico è al centro di esperimenti sempre più sofisticati. Ad esempio, nel 2020, un team di ricercatori dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina ha pubblicato un articolo sulla rivista Nature in cui descriveva come, con l'aiuto di un satellite, fossero riusciti a inviare un messaggio quantistico tra due stazioni terrestri separate da 1.120 chilometri. All'inizio di quest'anno, la Cina si è unita alla Russia in un articolo pubblicato sulla rivista Optics Express, in cui si affermava di essere riusciti a infrangere questo record, trasmettendo un messaggio tra due punti separati da 3.800 chilometri.

La Cina non è l'unica interessata a questa tecnologia. Lo scorso dicembre, un team internazionale guidato da Jordan Thomas, ricercatore della Northwestern University negli Stati Uniti, ha pubblicato sulla rivista Optics un esperimento che ha realizzato, per la prima volta, il teletrasporto quantistico attraverso 30 chilometri di cavo in fibra ottica ad alta potenza, ma convenzionale. E in Europa esiste un programma di comunicazioni quantistiche, EuroQCI (European Quantum Communication Infrastructure), la cui visione è quella di creare reti di comunicazione europee con sicurezza basata sulla crittografia quantistica, sia nello spazio che a terra. "Attualmente, questa iniziativa è stata assorbita naturalmente da IRIS2 , per la sua natura strategica, mentre la componente terrestre (fibra) viene esplorata con strumenti più convenzionali", osserva García-Ripoll.

A livello internazionale, le tecnologie quantistiche sono al centro dell'attenzione di organizzazioni come la NATO per le loro applicazioni (come sistemi di navigazione molto più precisi che non richiedono il GPS; o l'uso di gravimetri quantistici, che, oltre a essere molto utili per misurare il campo gravitazionale terrestre con precisione millimetrica, possono aiutare nell'individuazione di tunnel o infrastrutture segrete). Infatti, lo scorso novembre, un gruppo di scienziati ha pubblicato una lettera aperta su Nature sulla necessità di considerare gli impatti etici delle tecnologie quantistiche applicate alla difesa. "Le tecnologie quantistiche possono aiutare a difendere le nazioni, ma minacciano anche i diritti e i valori umani", hanno osservato M. Taddeo, A. Blanchard e K.

Pundyk, i firmatari dell'articolo. E avvertono: "La sua progettazione e il suo sviluppo necessitano di una guida etica, prima che sia troppo tardi".

"C'è molto clamore intorno alle tecnologie quantistiche perché devono attrarre molti investimenti", afferma David Trillo, ricercatore e docente al CUNEF e dottorando in fisica. "Ma, nella pratica, non è ancora stato dimostrato che queste tecnologie possano essere praticabili". Trillo spiega che il problema con gli strumenti quantistici è che molti sistemi simili devono funzionare simultaneamente e "continuare a funzionare quantisticamente, il che è molto complicato". "Finora, sono stati condotti esperimenti con pochissimi sistemi quantistici. Ma cosa succederebbe se ci fosse un limite o una legge fisica sconosciuta che limita la nostra capacità di utilizzare le tecnologie quantistiche? Questo non è ancora stato escluso".

Ciononostante, Trillo ritiene che le tecnologie quantistiche non rappresenteranno un cambiamento drastico nel modo in cui l'umanità concepisce la guerra. "Nulla esploderà come una bomba nucleare; si concentrerà maggiormente sul direzionare meglio un missile, per esempio". García Ripoll condivide la stessa opinione: "In generale, le tecnologie quantistiche non sono strumenti per sviluppare armi fantascientifiche, come i 'phaser' di 'Star Trek'. Esiste già un potere distruttivo sufficiente in altre armi 'convenzionali', come la bomba all'idrogeno, che, sebbene concepita grazie alla comprensione dei processi di fusione quantistica, non è oggetto della nostra ricerca".

Porras, da parte sua, concorda con entrambi: "È difficile immaginare che queste tecnologie possano avere una natura direttamente offensiva, sebbene le tecnologie quantistiche siano in fase di sviluppo ed è ancora difficile prevedere quale sarà il loro impatto finale sulle nostre vite". In generale, le tecnologie quantistiche sono in fase di sviluppo ed è ancora difficile prevedere quale sarà il loro impatto finale sulle nostre vite. Il futuro della meccanica quantistica è, almeno per ora, misterioso quanto il mondo delle particelle stesso.