Il mondo quantistico contrasta con la nostra esperienza quotidiana. La rivoluzione quantistica ha cambiato il nostro mondo sotto l’aspetto, scientifico, tecnologico e anche filosofico.

Un PC quantistico sfrutterebbe la possibilità di disporre di informazioni sotto forma di sovrapposizione e possibilità di calcolo parallelo, superando lo stato “acceso”, “spento”.

di Erasmo Venosi

ROMA – Il Nobel assegnato per gli esperimenti sul grafene ha generato ottimistiche prospettive per la concreta realizzazione del computer quantistico, della cosiddetta crittografia quantistica e di una rivoluzione nel campo del fotovoltaico attraverso la  sostituzione del silicio con il grafene. Il grafene è una forma allotropica (sostanza diversa costituita da atomi uguali) del carbonio.

Il Nobel è derivato dalla sperimentazione su un monostrato di carbonio ovvero uno spessore pari a un decimmilionesimo di millimetro. Nel secolo scorso ci sono state due grandi rivoluzioni: la “Relatività Generale “ e la “Meccanica Quantistica”. Rozzamente e in estrema, semplificata e insufficiente sintesi, la rivoluzione quantistica ci dice che la materia è costituita da grani o “quanti” e che le leggi del movimento sono probabilistiche.

Insomma è impossibile predire con certezza il futuro delle cose che si muovono ma solo calcolare la probabilità. Il mondo quantistico (microcosmo) contrasta con la nostra esperienza quotidiana e il nostro cosiddetto buonsenso perché non vale né il principio di causalità né il concetto stesso di oggettività. Computer, scanner medicali, laser,CD,lettore mp3, sono stati resi possibili dalla applicazione della teoria quantistica..

La rivoluzione quantistica ha cambiato il nostro mondo sotto l’aspetto , scientifico, tecnologico e anche filosofico. In campo quantistico un “oggetto” può trovarsi contemporaneamente in due posti (sovrapposizione degli stati). Il computer quantistico rappresenterebbe una vera rivoluzione nel campo delle tecnologie dell’informazione. Un PC quantistico sfrutterebbe la possibilità di disporre di informazioni sotto forma di sovrapposizione e possibilità di calcolo parallelo, sfruttando una straordinaria proprietà della meccanica quantistica (entaglement swapping).

In un PC digitale esiste lo stato di acceso (1) e spento (0). Al bit (binary digit) dei PC attuali , si sostituisce il qubit (bit quantistico; termine introdotto dal fisico Schumacher). Un computer quantistico con mille qubit dovrebbe testare simultaneamente un numero di soluzioni pari a uno seguito da 301 zeri!I problemi da risolvere in verità sono ancora molti (fenomeno della decoerenza e atto della misurazione che conduce alla riduzione di stato). Sui testi si legge che con 270 qubit si avrebbe un numero di valori superiore al numero di particelle contenute nell’Universo ( un uno seguito da 80 zeri).

Attraverso la computazione quantistica , diventa “facile” la decrittazione di codici di cifratura che rappresentano lo strumento di protezione dei dati dei messaggi importanti. Questi codici si basano prevalentemente sulla difficoltà di scomporre numeri molto grandi nei loro fattori primi (numeri divisibili solo per se stessi) ovvero sull’impossibilità (tempi lunghissimi) di attuare la scomposizione. Tal esito , che appare come una minaccia alla sicurezza è risolta attraverso la crittografia quantistica.

In campo fotovoltaico la sostituzione del silicio con il grafene , comporta un aumento della quantità di luce trasformata in elettricità e quindi una diminuzione delle superfici necessarie a captare la luce. Il sole irraggia 1360 watt per metro quadrato che moltiplicati per la superficie della terra fornisce 176.000 miliardi di Kw dei quali un terzo è riflesso verso lo spazio. Disponiamo quindi di 120.000 miliardi di Kw che sovrastano ampiamente i 13.000 milardi di Kw di fabbisogno mondiale.

I problemi sono la frazione di radiazione , convertita in una forma di energia direttamente impiegabile per usi diversi, la capacità di accumulo e i costi. Ripartendo sulle 24 ore la radiazione avremo un valore medio di un quinto di Kw per metro quadrato. Trasformando solo ilo 10% di quello che proviene dal sole, basterebbe un quadrato di lati pari a 800 Km (il 2 per 1000 della superficie della Terra!) per soddisfare il fabbisogno mondiale e un quadrato di lato pari a 70 Km per soddisfare quello italiano.

Se la quantità trasformata fosse del 40% le aree occorrenti si ridurrebbero di un quarto. Materiali semiconduttori come il grafene e l’arsenurio di gallio sembrano presentare que3sti rendimenti. L’espansione dell’energia solare è determinata unicamente da dispositivi con elevata conversione, da costi confrontabili con quelli delle attuali fonti energetiche e da investimenti in meccanismi di accumulo dell’energia.

Erasmo Venosi
Agorà Magazine del gennaio 2011