C'è una studiosa torinese dietro ad un esperimento che potrebbe aggiungere un tassello fondamentale alla fisica contemporanea, e dunque al modo in cui riusciamo a capire i meccanismi della materia, chiarendo una domanda su cui da tempo si arrovellano le menti specialistiche di tutto il globo: è possibile accedere alla gravità quantistica? Per Chiara Marletto, laurea al Politecnico di Torino, oggi ad Oxford in un importante gruppo di ricercatori, è possibile. Ha infatti proposto un particolare esperimento di laboratorio che potrebbe confermare come la gravità sia una forza quantistica, alla pari di tutto il resto.
Perché è tanto importante? Perché è un passo fondamentale verso una teoria in grado di unificare le forze fondamentali della natura, la cosiddetta "teoria del tutto". "La teoria del tutto", in modo divulgativo, è nota per essere il titolo di un libro di Stephen Hawking, da poco scomparso, nonché di un film autobiografico sullo stesso cosmologo britannico. Proprio la gravità quantistica è quel settore di studio che cerca di far quadrare i conti: quelli della gravità, che modella l'universo su scala macroscopica, e quelli della meccanica quantistica, che descrive i fenomeni della scala atomica e subatomica. L'immensamente grande con l'immensamente piccolo.
A far discutere i fisici di tutto il mondo sono stati due articoli pubblicati su "Physical Review Letters", firmati da Sougato Bose e nove collaboratori dell'University College London, e da Chiara Marletto e Vlatko Vedral dell'Università di Oxford. L'esperimento descritto prende due microdiamanti e si propone di verificare se possano diventare reciprocamente entangled attraverso l'attrazione gravitazionale. Gli autori che hanno proposto l'esperimento sostengono che i due oggetti possono rimanere entangled l'uno con l'altro solo se la forza che agisce tra loro (la gravità) è un'interazione quantistica, mediata da gravitoni in grado di mantenere le sovrapposizioni quantistiche. Nel caso dell’esperimento non si misurerebbe direttamente nessun gravitone (particella sinora soltanto ipotizzata, che sulla carta dovrebbe conciliare i fenomeni gravitazionali con quelli quantistici); ma i due diamanti entangled dimostrerebbero che la gravità è quantizzata. Qualcuno l'ha battezzato "il sorriso dello Stregatto", citando il classico di Lewis Carroll. E sarebbe un traguardo straordinariamente importante.
Stregata dalla scienza, dopo il Classico al Cavour, Chiara Marletto si è formata in Ingegneria Fisica e Fisica Teorica al Politecnico di Torino. Dal 2010 è all'Università di Oxford, ma prosegue la collaborazione, avviata da tempo, con la Fondazione ISI di Mario Rasetti, in via Chisola. Oggi la dottoressa Marletto è una delle giovani menti italiane che hanno trovato risorse e terreno di ricerca all'estero, al Wolfson College, senza rinunciare ai rapporti che la legano alla sua città d'origine.
"Il mio ambito di approfondimento a Oxford è lo studio dei fenomeni quantistici che possono essere utilizzati per realizzare computer quantistici, molto più efficaci di quelli classici che si possono usare tutti i giorni - spiega Chiara Marletto - Dagli anni Ottanta in poi la computazione quantistica è stata riconosciuta come una disciplina unica e cruciale. Alcuni aspetti fondamentali della fisica teorica, che hanno a che fare con le simmetrie di base della meccanica quantistica, hanno un impatto immediato sulle nuove tecnologie. Gli oggetti che si comportano in maniera quantistica, se organizzati in una struttura che può codificare le informazioni, evolvono in modo rapidissimo e riescono ad esplorare più strade per risolvere un problema computazionale. Infatti si parla non di bit, ma di qubit. E' tuttora in atto la ricerca su un 'computer universale quantistico' che generalizzi il computer che usiamo normalmente adesso, sul quale si possano implementare algoritmi per risolvere problemi sinora inaccessibili. Il caso emblematico è quello della fattorizzazione di un numero: un pc attuale ci impiegherebbe un'epoca biblica per farlo".
Big come Ibm, Google e Microsoft, ovviamente, hanno già investito in questo senso. "I sistemi di protezione dei nostri dati su Internet quando facciamo transazioni sono basati proprio sull fattorizzazione - dice Chiara Marletto - I computer quantistici potrebbero svolgere operazioni di crittografia in modo velocissimo. La concretizzazione di un 'computer universale quantistico' è ancora lontana, ma già ora si potrebbero realizzare dispositivi dedicati ad un task specifico, come quello della crittografia quantistica. E' un campo molto esaltante. Al momento Google ha annunciato la possibilità di realizzare più di 50 qubit che sono in grado di realizzare calcoli esatti, e questo è già un risultato tecnologico notevole perché, a differenza dei bit, per i qubit ci vuole moltissimo lavoro, in particolare per schermare il rumore esterno".
La ricercatrice torinese, peraltro, è anche pioniera della "Constructor theory", applicabile a oggetti dei quali non conosciamo ancora di preciso le dinamiche. E' proprio lì che si annida il mistero, ovvero una delle sfide più pregnanti della fisica: le masse abbastanza grandi per coniugare gli effetti delle gravità e quelli quantistici. "E' molto interessante verificare se oggetti grandi quanto un batterio o un organismo vivente possano essere soggetti agli effetti quantistici - commenta la dottoressa Marletto - Sinora la meccanica quantistica è stata verificata ai livelli microscopici, predice in maniera eccellente le strutture atomiche o gli spettri di emissione. C'è una serie innumerevole di valide prove sperimentali. Però se prendiamo un organismo vivente, non è chiaro se possa esibire effetti quantistici macroscopici. Stiamo procedendo speditamente, comunque, nella ricerca. La tecnologia si avvicina sempre di più al momento in cui si può in qualche modo realizzare il 'paradosso' del gatto di Schrödinger".
E l'ambiente culturale di Oxford? "E' un luogo dove c'è grande interesse per le possibili applicazioni dell'informazione quantistica nell'intelligenza artificiale, nell'analisi dei dati, nel machine learning. E' un posto collaborativo e interdisciplinare, dove ci si può confrontare con gli esperti di più materie per raggiungere un'opera di sintesi. Gli investimenti non sono solo indirizzati ad obiettivi che possano avere subito risvolti tecnologici, ma anche alla ricerca pura; da lì, del resto, possono arrivare gli sconvolgimenti più importanti, che poi cambiano la vita di tutti i giorni. Anche l’ISI di Torino condivide questi valori: ricerca all'avanguardia, con un approccio interdisciplinare. Torno comunque a Torino molto spesso, proprio per la collaborazione con l'ISI, e vivo in due location: è molto stimolante portare spunti da Oxford a Torino e viceversa", conclude Chiara Marletto.