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Lampi di quella che potrebbe diventare una nuova tecnologia trasformativa stanno attraversando una rete di fibre ottiche sotto Chicago.
I ricercatori hanno creato una delle reti più grandi al mondo per la condivisione di informazioni quantistiche, un campo della scienza che dipende da paradossi così strani che Albert Einstein non ci credeva.
La rete, che collega l'Università di Chicago con l'Argonne National Laboratory di Lemont, è una versione rudimentale di ciò che gli scienziati sperano diventi un giorno l'Internet del futuro. Per ora, le aziende e i ricercatori possono testare i fondamenti della condivisione delle informazioni quantistiche.
La rete è stata annunciata questa settimana dal Chicago Quantum Exchange, che coinvolge anche il Fermi National Accelerator Laboratory, la Northwestern University, l'Università dell'Illinois e l'Università del Wisconsin.
Con un investimento federale di 500 milioni di dollari negli ultimi anni e 200 milioni di dollari dallo stato, Chicago, Urbana-Champaign e Madison costituiscono una regione leader per la ricerca sull'informazione quantistica.
Perché questo è importante per la persona media? Poiché le informazioni quantistiche hanno il potenziale per aiutare a risolvere problemi attualmente irrisolvibili, minacciano e proteggono le informazioni private e portano a scoperte in agricoltura, medicina e cambiamenti climatici.
Mentre l'informatica classica utilizza bit di informazioni contenenti 1 o zero, i bit quantistici, o qubit, sono come una moneta lanciata in aria:contengono sia 1 che zero, da determinare una volta osservati.
Quella qualità di essere in due o più stati contemporaneamente, chiamata sovrapposizione, è uno dei tanti paradossi della meccanica quantistica:il modo in cui le particelle si comportano a livello atomico e subatomico. È anche un vantaggio potenzialmente cruciale, perché può gestire problemi esponenzialmente più complessi.
Un altro aspetto chiave è la proprietà dell'entanglement, in cui i qubit separati da grandi distanze possono ancora essere correlati, quindi una misurazione in un punto rivela una misurazione molto lontana.
La rete di Chicago appena ampliata, creata in collaborazione con Toshiba, distribuisce particelle di luce, chiamate fotoni. Cercare di intercettare i fotoni li distrugge e le informazioni che contengono, rendendo molto più difficile l'hacking.
La nuova rete consente ai ricercatori di "spingere i confini di ciò che è attualmente possibile", ha affermato il professore dell'Università di Chicago David Awschalom, direttore del Chicago Quantum Exchange.
Tuttavia, i ricercatori devono risolvere molti problemi pratici prima che il calcolo quantistico e il networking su larga scala siano possibili.
Ad esempio, i ricercatori dell'Argonne stanno lavorando alla creazione di una "fonderia" in cui potrebbero essere falsificati qubit affidabili. Un esempio è una membrana diamantata con minuscole tasche per contenere ed elaborare qubit di informazioni. I ricercatori di Argonne hanno anche creato un qubit congelando il neon per contenere un singolo elettrone.
Poiché i fenomeni quantistici sono estremamente sensibili a qualsiasi disturbo, potrebbero anche essere usati come minuscoli sensori per applicazioni mediche o di altro tipo, ma dovrebbero anche essere resi più durevoli.
La rete quantistica è stata lanciata ad Argonne nel 2020, ma ora si è estesa a Hyde Park e aperta all'uso da parte di aziende e ricercatori per testare nuovi dispositivi di comunicazione, protocolli di sicurezza e algoritmi. Qualsiasi impresa che dipenda da informazioni sicure, come i registri finanziari delle banche delle cartelle cliniche ospedaliere, utilizzerebbe potenzialmente un tale sistema.
I computer quantistici, mentre sono in fase di sviluppo, un giorno potrebbero essere in grado di eseguire calcoli molto più complessi rispetto ai computer attuali, come il ripiegamento delle proteine, che potrebbero essere utili nello sviluppo di farmaci per il trattamento di malattie come l'Alzheimer.
Oltre a guidare la ricerca, il campo quantistico sta stimolando lo sviluppo economico nella regione. Una società di hardware, EeroQ, ha annunciato a gennaio che trasferirà la sua sede a Chicago. Di recente è stata acquisita un'altra società di software locale, Super.tech, e molte altre stanno avviando la loro attività nella regione.
Poiché l'informatica quantistica potrebbe essere utilizzata per hackerare la crittografia tradizionale, ha anche attirato l'attenzione bipartisan dei legislatori federali. Il National Quantum Initiative Act è stato convertito in legge dal presidente Donald Trump nel 2018 per accelerare lo sviluppo quantistico ai fini della sicurezza nazionale.
A maggio, il presidente Joe Biden ha ordinato all'agenzia federale di migrare alla crittografia resistente ai quanti sui suoi sistemi di difesa e di intelligence più critici.
Ironia della sorte, i problemi matematici di base, come 5+5=10, sono alquanto difficili con il calcolo quantistico. È probabile che le informazioni quantistiche vengano utilizzate per applicazioni di fascia alta, mentre l'informatica classica continuerà probabilmente a essere pratica per molti usi quotidiani.
Il famoso fisico Einstein ha deriso i paradossi e le incertezze della meccanica quantistica, dicendo che Dio non "gioca a dadi" con l'universo. Ma le teorie quantistiche si sono dimostrate corrette nelle applicazioni dall'energia nucleare alla risonanza magnetica.
Stephen Gray, scienziato senior presso Argonne, che lavora su algoritmi da eseguire su computer quantistici, ha affermato che il lavoro quantistico è molto difficile e che nessuno lo comprende completamente.
Ma negli ultimi 30 anni ci sono stati sviluppi significativi nel campo, che hanno portato a quello che alcuni scienziati hanno chiamato scherzosamente Quantum 2.0, con progressi pratici previsti nel prossimo decennio.
"Stiamo scommettendo che nei prossimi 5-10 anni ci sarà un vero vantaggio quantistico (rispetto all'informatica classica)", ha detto Gray. "Non ci siamo ancora. Alcuni oppositori scuotono i bastoni e dicono che non accadrà mai. Ma siamo positivi."
Proprio come i primi lavori sui computer convenzionali alla fine hanno portato ai cellulari, è difficile prevedere dove porterà la ricerca quantistica, ha affermato Brian DeMarco, professore di fisica all'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, che lavora con il Chicago Quantum Exchange.
"Ecco perché è un momento emozionante", ha detto. "Le applicazioni più importanti devono ancora essere scoperte." + Esplora ulteriormente
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