Il codice di Schrödinger

Premessa

Il 22 maggio 2025 un lieto evento ha rallegrato la mia università: è arrivato un computer quantistico. Il nuovo acquisto non assomiglia ai computer “classici” che già avevamo: usa princìpi fisici diversi e funziona a temperature molto basse. Insomma, è un enorme frigorifero. Solo una piccola porzione del suo volume è dedicata all’esecuzione di programmi.
Ora vogliamo farlo crescere fino a quando non avrà surclassato i computer dei maggiori centri di calcolo del mondo, realizzando la “supremazia quantistica”, come l’ha chiamata John Preskill.
La più celebre dimostrazione della supremazia quantistica è stata ottenuta nel 2019 nei laboratori di Google, quando il processore quantistico Sycamore ha eseguito in poco più di tre minuti un calcolo che sul supercomputer classico Summit avrebbe richiesto 10000 anni (secondo l’annuncio di Google) oppure due giorni e mezzo (secondo la risposta di IBM). In ogni caso, un guadagno impressionante.
È una bella notizia? Dipende. Risolvere problemi difficilissimi è certo una conquista, ma d’altra parte a proteggere i nostri dati e le nostre vite sono proprio alcuni problemi matematici così difficili da sembrare impossibili da risolvere.
Tutte le nostre comunicazioni vengono cifrate, e ogni cifratura è costruita partendo da un problema matematico: più il problema è difficile, più la cifratura è al sicuro dagli attacchi di hacker e spie. 
Ad esempio, le firme digitali che apponiamo sui documenti bancari sono sicure proprio perché cifrate utilizzando un problema matematico semplice da capire ma difficile da risolvere: la ricerca dei divisori di un numero grande.
Moltiplichiamo i numeri 3 e 5. Se non facciamo errori, troviamo 15. Ora dimentichiamo la moltiplicazione appena eseguita e rifacciamo il percorso a ritroso: cerchiamo i divisori del numero 15. Otteniamo, ovviamente, 3 e 5.
I due esercizi sembrano equivalenti, come percorrere una strada prima in un senso e poi nell’altro. Ma attenzione, la strada è in pendenza: il percorso di andata, la moltiplicazione di due numeri, è in discesa, mentre quello di ritorno, la ricerca dei divisori, è in salita e richiede più tempo. Se non ve ne siete accorti è solo perché i numeri 3 e 5 sono piccoli: la pendenza è bassa, ma sale drammaticamente al crescere dei numeri in gioco.
Possiamo convincercene ripetendo l’esercizio con i numeri 97 e 103. Per moltiplicarli (mettendoli in colonna come si insegna alle scuole elementari) ci ho messo venticinque secondi. Viceversa, per trovare un divisore del loro prodotto, 9991, ho dovuto dividere 9991 per i numeri primi 2, 3, 5,... e verificare che il risultato non avesse la virgola. Solo che, prima di arrivare a 97, di numeri primi da testare ce ne sono ventiquattro, così ho dovuto fare ventiquattro divisioni. Ci ho messo dieci minuti, che sono molto più lunghi di venticinque secondi!
Riprendendo la metafora stradale, la salita comincia a essere ripida, e con numeri ancora più grandi diventa addirittura verticale: il problema, nella pratica, è impossibile. Anche con tutti i computer del mondo messi insieme, per violare le cifrature attuali ci vorrebbero migliaia di anni.
Insomma, la ricerca dei divisori è un problema facile perché chiunque lo capisce, e difficile perché nessuno può risolverlo. E così possiamo apporre firme digitali in tutta tranquillità.
Eppure la supremazia del computer quantistico si realizza proprio sul problema di trovare i divisori di un numero grande. Si stima che un computer quantistico sufficientemente potente riuscirebbe a violare le cifrature odierne in qualche settimana, mettendo i nostri dati in serio pericolo.
Per fortuna, computer quantistici così potenti non esistono. Non ancora. Quelli che abbiamo, compreso il nuovo acquisto del mio ateneo, sono poco più che giocattoli. Tuttavia quelli pericolosi arriveranno, e noi dobbiamo provvedere per tempo a mettere i nostri dati in sicurezza.
Certo, oggi abbiamo altre urgenze: scongiurare una guerra globale o arrestare il cambiamento climatico. Ma, pur su una scala più modesta, anche la sicurezza dei dati è una delle battaglie del nostro tempo. Perderla comprometterebbe radicalmente la qualità delle nostre vite.
E non finisce qui. Il computer quantistico è solo la più icastica delle innovazioni della seconda rivoluzione tecnologica quantistica, nella quale siamo già immersi. La prima ha prodotto l’elettronica, il laser e quasi tutta la tecnologia che utilizziamo ogni giorno. La seconda sta sviluppando, oltre al computer quantistico, il teletrasporto, una nuova crittografia e una sensoristica rivoluzionaria: l’hardware di una nuova scienza, l’informatica quantistica.
Se devo essere onesto, però, il fascino che la seconda rivoluzione esercita su di me ha un’origine più remota nel tempo e nelle idee, ed è qui che si nasconde la causa scatenante di questo libro.
Ciò che mi ha catturato, e che vorrei riuscire a comunicare, è che la nuova informatica sfrutta le profondità incomprese della meccanica quantistica, i suoi tre “arcani” inenarrabili: la sovrapposizione, rappresentata nell’immaginario popolare dal famoso gatto di Schrödinger che non è vivo ma nemmeno morto; l’entanglement, il legame a distanza contrabbandato dai social come il segreto dell’amore (che invece è un problema molto più complesso!); e la misurazione, forse meno popolare ma non meno affascinante, ovvero cosa accade a un oggetto quantistico, computer compreso, quando qualcuno lo guarda?
Chi oggi ha la fortuna di fare ricerca alla frontiera delle realizzazioni tecnologiche della meccanica quantistica sta vivendo qualcosa di molto raro nella storia della cultura, ossia la convergenza di due saperi apparentemente opposti: la filosofia, regno dell’astrazione, e la tecnologia, teatro delle applicazioni. Due saperi agganciati dapprima su strade lontane e poi avvicinati sempre di più dalla fisica.
E qui c’è la causa finale, lo scopo, l’ambizione del libro: mostrare questa convergenza, portare alla luce l’inaspettato intreccio di domande millenarie del tipo “esiste la realtà?” con altre più quotidiane come “qualcuno ci spia?”, nonché, allo stesso tempo, cogliere il senso degli annunci periodici che i giganti dell’hi-tech rilasciano su supremazia, qubit, entanglement.
Mentre scrivevo ho sperimentato su di me due effetti collaterali che vorrei condividere con chi legge. Per prima cosa, alcune domande scientifiche che si trovano spesso sui social network hanno trovato una soluzione, ad esempio: il gatto di Schrödinger è vivo e morto? Gli oggetti stanno in più posti simultaneamente? L’osservazione crea la realtà? Si può comunicare telepaticamente? Anticipo subito la risposta a tutte queste domande, è la stessa: NO! O meglio, la meccanica quantistica non dice questo. Però ci permette di fare l’informatica quantistica, che forse è ancora più fantascientifica.
Il secondo effetto collaterale riguarda la denigrata, o più spesso autodenigrata, scienza italiana. Documentandomi per scrivere il libro, ho trovato la conferma della sua eccellenza. Anzi, ho verificato che il livello complessivo è ancora più alto di quanto mi aspettassi. Il Nobel per la Fisica del 2021 a Giorgio Parisi ha reso finalmente giustizia a una delle scuole di fisica più importanti del mondo, ma nel libro i nomi di fisici come Pier Giorgio Merli, Gian Franco Missiroli, Giulio Pozzi, Gian Carlo Ghirardi, Francesco De Martini e Marco Giammarchi, o di filosofi come Federico Laudisa, italiani che lavorano o hanno lavorato in Italia, testimoniano un’eccellenza plurale e diffusa.
Intendiamoci: non sostengo in nessun modo l’autarchia scientifica, né l’isolamento. Al contrario, voglio affermare con forza l’assoluta necessità per l’Italia di restare in modo sinergico tra i leader mondiali della ricerca scientifica. Ma desidero dichiarare nei termini più forti che anche in Italia ogni attacco alla scienza e alla cultura, da qualunque parte provenga, metterebbe in pericolo un patrimonio secolare, immenso e unico.