Nel 1993, un team di IBM ha pubblicato un articolo su Physical Review Letters che ha segnato una svolta nella storia della scienza: per la prima volta, era stato teorizzato il teletrasporto quantistico.
Non si trattava di oggetti materiali, bensì di stati quantici. Cinque anni dopo, la teoria è diventata pratica: fisici del California Institute of Technology e dell’Università del Galles sono riusciti a teletrasportare un fotone attraverso un metro di cavo coassiale.
Teletrasporto: da fantascienza a realtà (e oltre)
Il teletrasporto, da sempre un elemento chiave della fantascienza, è diventato oggetto di studio scientifico. L’idea di spostare istantaneamente qualcosa nello spazio fisico è incredibilmente interessante, ma la strada da percorrere è ancora lunga. Gli esperimenti più avanzati si sono concentrati sui fotoni, ma nel 2020 è stato scoperto che anche gli elettroni possono essere teletrasportati, aprendo nuove prospettive grazie alla maggiore stabilità dei loro stati quantici.
Se il teletrasporto di fotoni ed elettroni è diventato realtà, il prossimo passo potrebbe essere il trasporto di materia più complessa. Potremmo arrivare a teletrasportare atomi, molecole, cellule viventi e, un giorno, persino esseri umani? La domanda è tanto affascinante quanto inquietante. Anche ipotizzando di superare le sfide tecnologiche, il teletrasporto umano solleva importanti questioni etiche. Sarebbe sicuro teletrasportare un essere umano? Possiamo garantire che tutte le particelle del corpo, una volta riassemblate, darebbero origine a un individuo identico all’originale?
Il teletrasporto quantistico si basa sull’entanglement quantistico, un fenomeno che sfida la nostra esperienza quotidiana. Particelle entangled, come posizione, momento, spin o polarizzazione, sono legate in modo indissolubile, indipendentemente dalla distanza. Questo principio, apparentemente magico, trova un’applicazione concreta nel calcolo quantistico.
Mentre i computer tradizionali utilizzano bit che possono assumere solo due stati (0 o 1), i computer quantistici sfruttano qubit, o bit quantistici, che possono esistere in entrambi gli stati contemporaneamente grazie alla sovrapposizione coerente. Questa capacità permette ai computer quantistici di eseguire calcoli complessi molto più velocemente dei computer tradizionali, aprendo nuove frontiere per la scienza e la tecnologia.
L’entanglement quantistico: una risorsa fondamentale
Un qubit, grazie alla sua capacità di esistere in una sovrapposizione di stati, può eseguire due calcoli contemporaneamente. Quando più qubit vengono “legati” insieme attraverso l’entanglement quantistico, la potenza di calcolo aumenta esponenzialmente. I computer quantistici di oggi sono in grado di gestire compiti complessi molto più velocemente dei supercomputer tradizionali. Un esempio eclatante è uno studio del 2019 di Google, in cui un calcolo che avrebbe richiesto 10.000 anni a un supercomputer è stato completato da un circuito quantistico in soli 200 secondi.
L’entanglement quantistico non è solo una curiosità scientifica, ma una risorsa concreta con applicazioni reali. Il calcolo quantistico è l’unica area di ricerca pratica sull’entanglement finora sviluppata e, di conseguenza, uno strumento essenziale per far progredire l’ingegneria del teletrasporto. Negli anni, la tecnologia ha fatto passi da gigante. Tra i vari sviluppi, spiccano gli esperimenti del 2002 condotti da scienziati dell’Università di Innsbruck in Austria e del National Institute of Standards and Technology negli Stati Uniti, che sono riusciti a teletrasportare particelle utilizzando l’entanglement quantistico senza alcuna connessione fisica diretta tra la particella originale e quella finale.
Nel 2016, fisici dell’Università di Calgary in Canada hanno teletrasportato una particella attraverso sei chilometri di cavi dati in fibra ottica. Un anno dopo, scienziati cinesi hanno compiuto un’impresa ancora più straordinaria, teletrasportando un fotone dalla Terra a un satellite in orbita a oltre 186 miglia di distanza.
Una delle pietre miliari più significative nella ricerca sul teletrasporto quantistico è stata raggiunta nel 2012, quando un gruppo di ricercatori dell’Università di Vienna e dell’Accademia austriaca delle scienze è riuscito a teletrasportare fotoni tra due masse di terra nelle isole Canarie, in Spagna, all’aria aperta. A differenza dei precedenti esperimenti, che utilizzavano cavi o altri mezzi fisici per trasportare le particelle, questo team ha compiuto un salto tecnologico, avvicinandosi maggiormente all’idea che abbiamo immaginato nella fantascienza.
Immaginiamo tre particelle: A, B e C. Supponiamo che B e C siano entangled e che la particella A abbia una proprietà fisica (come movimento o energia) che vogliamo teletrasportare alla particella C. Per prima cosa, “aggrovigliamo” A con B, quindi misuriamo entrambe. Inviamo la misurazione a C e scopriamo che la proprietà che avevamo stabilito per la particella A ora si applica alla particella C. Tutto ciò è avvenuto senza che A o C siano mai entrate in contatto o si siano influenzate direttamente. In altre parole, A è stata teletrasportata a C, dimostrando un trasferimento di stati quantici tra particelle. Einstein definì questo tipo di effetto “azione spettrale a distanza”.
Finora, i ricercatori hanno sperimentato diverse modalità di trasmissione, tra cui cavi coassiali e in fibra ottica. In alcuni esperimenti, come quello condotto nelle Canarie nel 2012, è stato addirittura utilizzato lo spazio aperto, senza alcun mezzo di trasferimento fisico. luce? O forse onde radio? Il teletrasporto potrebbe funzionare solo nel vuoto dello spazio? Gli scienziati sono ancora alla ricerca della risposta.
Alcuni ricercatori ipotizzano che il segreto della comunicazione tra particelle entangled risieda nella funzione d’onda che le lega. Queste particelle, infatti, presentano fasi, ampiezza, lunghezza d’onda e frequenza, proprio come un’onda oceanica. Un aspetto ancora più complesso del teletrasporto quantistico è il cosiddetto “collasso della funzione d’onda”. Quando uno stato quantistico viene applicato a una particella entangled, lo stato quantistico della particella originale viene spontaneamente distrutto.
Come ha spiegato Paul Davies: “L’effetto è quello di ‘collassare’ la funzione d’onda in modo irreversibile in un risultato specifico” da un insieme di probabilità. Questo solleva interrogativi importanti: la copia originale di ciò che viene teletrasportato viene distrutta? Questa domanda è ancora aperta e rende la questione del teletrasporto umano un tema eticamente complesso.
Al momento, il teletrasporto di esseri umani interi da un luogo all’altro rimane un obiettivo lontano. Il corpo umano è composto da circa 10^27 atomi, ciascuno con il proprio stato quantistico. La complessità di calcolare e trasmettere tutte queste informazioni per “ricostruire” un essere umano identico all’originale è un’impresa al di là delle nostre attuali capacità.
Contrariamente a quanto immaginato nella fantascienza, il teletrasporto quantistico non riguarda il trasporto della materia stessa, bensì dell’informazione che la definisce. Come spiega il fisico teorico Paul Davies, l’informazione, e non la materia, è ciò che definisce la vita. Gli atomi che compongono il nostro corpo sono gli stessi che si trovano in una roccia o in una palla di gomma; ciò che li distingue è il numero e la disposizione delle particelle, che determinano il modo in cui interagiscono chimicamente.
Il principio di indeterminazione di Heisenberg ci impedisce di conoscere contemporaneamente la velocità e la posizione di una particella. Ciò significa che, per quanto accurata sia la scansione, non potremmo mai raggiungere una fedeltà del 100%. Questa imprecisione solleva interrogativi importanti sulla “copia” quantistica. Quali sarebbero le conseguenze di errori nella trasmissione delle informazioni? Il nostro “doppio” teletrasportato potrebbe presentare cambiamenti, anche sottili, nella personalità o nelle capacità cognitive.
Conclusioni
Infine, il teletrasporto umano solleva una questione filosofica fondamentale: gli atomi del nostro corpo e i loro stati quantici definiscono veramente ciò che noi siamo? Il fisico John Clauser, premio Nobel per la fisica nel 2022, ci invita a riflettere: se ci venisse detto che entrando in una scatola il nostro corpo verrebbe distrutto e poi “ricostruito” altrove, accetteremmo?
