Intervista al Socio onorario Giulio Casati su uno storico esperimento condotto a Como il 12 gennaio 2008

Singapore, 25 gennaio 2008.
Non è poi così strano darsi un appuntamento con Giulio Casati a Singapore, visto che - almeno per lui- questa metropoli avveniristica, impeccabile e verde nel cuore del Sudest Asiatico è un luogo famigliare, grazie ai suoi forti legami scientifici con la più importante università del Paese, la SNU (Singapore National University}.
Sono seduto con lui al tavolino di una "brasserie" affacciata sul canale che attraversa la città e ne raddoppia le miriadi di luci e gli slanciati grattacieli sotto un nero cielo equatoriale visitato dalla luna.
Si parla del suo ultimo successo scientifico a cui anche i giornali nazionali hanno dato il meritato risalto: la trasmissione dell'informazione con fotoni quantistici a prova di intercettazione e spionaggio informatico, effettuata in un esperimento pionieristico presso la sede dell'Università dell'Insubria a Como pochi giorni fa.  Il risultato si inserisce in una relativamente recente immersione di Giulio Casati in una scienza nuova e di grandi promesse: la "quantum computation and information", ovvero la scienza che studia lo sfruttamento delle proprietà quantistiche della materia ai fini dell'elaborazione e della trasmissione dell'informazione. All'orizzonte, sebbene ancora lontani, si profilano i "computer quantistici". Sull'argomento ha pubblicato un ponderoso trattato in due volumi, adottato da diverse università in giro per il mondo (tra cui Stanford).
Che differenza c'è tra un computer quantistico e uno tradizionale?
Casati: Un computer "classico" utilizza elementi fisici macroscopici, in sostanza dei transistor, che con il tempo sono diventati sempre più piccoli, ma pur sempre governati dalle leggi della fisica classica. Il processo di miniaturizzazione è stato e continua a essere costante. Ma oggi non siamo molto lontani dall'aver raggiunto un limite fisico nella tecnologia dei circuiti elettronici integrati. Superata questa
soglia - corrispondente ad esempio alla scala del fotone, il quanto di luce - occorre fare i conti con le leggi notoriamente contro intuitive della meccanica quantistica, come quella per cui una particella può essere indifferentemente trattata come un'onda, e viceversa. I confini famigliari stessi della realtà sembrano confondersi. Ma le cose stanno effettivamente così e la teoria è universalmente confermata dall'esperimento. Noi stiamo perciò studiando la teoria e il "software" per il funzionamento dei futuri computer quantistici, in cui i "bit" dell'elettronica e dell'informatica classica sono sostituiti dai "Qbit" dell'informatica quantistica. Mi rendo conto che non è facile spiegare a un profano il funzionamento dei Qbit.
Ma che cosa spinge oggi la ricerca con i Qbit?
Casati: La possibilità di agire sui singoli fotoni - a scala subatomica - contiene in sé potenzialità enormemente superiori di calcolo, un vero e proprio salto di qualità anche rispetto al livello della singola molecola o del singolo atomo (livello al quale operano le nanotecnologie), un salto tecnologico capace di rivoluzionare il mondo delle applicazioni scientifiche, industriali e del mercato consumer. E poi, sul fronte della trasmissione dell'informazione
...È proprio quello che volevo chiederti. Come si inserisce qui l'esperimento di Como?
Casati: Dobbiamo fare un passo indietro. Il problema principale della trasmissione dell'informazione è - da che mondo è mondo - che quando due soggetti comunicano tra loro non sempre gradiscono che qualcuno li possa intercettare e capire. Ricorrono perciò a mascheramenti del messaggio, codici, crittografie (come l' "alfabeto muto" della nostra infanzia), ma come far sì che la "chiave" sia conosciuta solo dai due soggetti in questione? Sul problema della codifica e della decifrazione di messaggi segreti si sono affaticate generazioni di filosofi e scienziati: da Pascal, Cartesio e Leibniz fino ad Alan Turing, che durante la Seconda Guerra Mondiale riuscì a decifrare il codice della supermacchina "Enigma" in mano ai nazisti. Da allora il problema della codifica "blindata" è diventato un problema di teoria della computazione e dell'informatica: una chiave è sicura se il tempo per la sua decifrazione eccede le possibilità di elaborazione dei più potenti calcolatori. Ma in teoria c'è sempre la possibilità di decifrarla. È su questo punto che i governi e le agenzie di intelligence investono pesantemente ...
E lì arrivi tu!
Casati: In realtà è una ricerca internazionale molto forte e attiva, alla quale i soli a partecipare tra gli Italiani siamo noi del nostro gruppo dell'Insubria (per la teoria) e dell'Università di Camerino (per la parte sperimentale). Quello che abbiamo fatto è di immaginare (e realizzare nell'esperimento) la trasmissione di un messaggio mediante singoli fotoni lungo una fibra ottica. Il messaggio viene criptato da colui che lo invia con una chiave fisica,  irripetibile e assolutamente casuale, non generata da computer (e come tale ripetibile), ma ogni volta diversa. Questa chiave è appunto "fisica", non un numero, poiché è costituita dallo "stato" ("in su"o "in giu") in cui si trova di volta in volta il nostro fotone. La persona che riceve il messaggio lo decifra grazie a un complesso "protocollo" su cui si basa la comunicazione. Un eventuale intercettatore (spia o hacker) in grado di usare lo stesso protocollo verrebbe invece immediatamente riconosciuto e la comunicazione annullata.
E in che modo?
Casati: È qui che entra in scena ancora la meccanica quantistica.  Anzi Werner Heisenberg in persona, che nel 1932 formulò il suo celebre "principio di indeterminazione", il quale afferma in sostanza che "osservare" un fenomeno (ad esempio la posizione nel tempo e nello spazio di una particella) equivale ad "alterarlo" e quindi non conoscerlo più come era "prima" della nostra osservazione. "Osservare" significa interagire con l'oggetto osservato  (ad esempio, "urtandolo" con un fotone o altra particella). Così è in questo caso: la spia che "intercetta" il messaggio lascia - per così dire - il segno della sua intercettazione attraverso l'alterazione di stato di un fotone, che al destinatario del messaggio non può sfuggire. A questo punto, il processo riprende nuovamente con una nuova chiave e un nuovo invio, finchè il messaggio non arriva "salvo" a destinazione e la chiave non serve più (e quindi viene buttata via).
Abbiamo letto delle applicazioni: transazioni bancarie, carte di credito in Internet, intelligence militare ecc. Che cosa per te è più importante?
Casati: Tutte hanno la loro importanza, ma quello che conta è sapere che ogni invenzione o progresso della scienza può avere il suo risvolto negativo (inganno, aggressione, criminalità ecc.), ma che in ogni caso questo è il prezzo da pagare e che, se si preferisce non correre responsabilmente questo rischio, ci si deve rassegnare alla  stasi, rinunciare al progresso. Che è tra l'altro quello che con comodi e rapidi voli intercontinentali ci ha portato qui in questa vibrante città rivolta al futuro, mentre l'Occidente (almeno in questi frangenti) sembra piuttosto concentrato sul presente, senza peraltro avere troppo rispetto per il passato.
Di là dal canale un'avveniristica giostra-cannone proietta verso il cielo di pece periclitanti cabine di vetro da cui scendono a pioggia euforici/disperati strilli di terrore/gioia di ragazzini e ragazze in caduta libera, ma inesorabilmente "sicura". "Sicura" come la trasmissione via Internet di questa intervista al nostro teorico della sicurezza informatica quantistica.

Federico Canobbio Codelli