Uno dei principi più solidi della fisica quantistica — il teorema di no-cloning — sembrava fino a poco tempo fa un muro invalicabile: l'informazione quantistica non può essere copiata. Eppure un gruppo di ricercatori guidato da Achim Kempf dell'Università di Waterloo, in Canada, ha dimostrato che esiste un modo per aggirare elegantemente questo vincolo fondamentale, aprendo scenari inediti per il backup e l'archiviazione di dati nei computer quantistici. Il risultato, verificato sperimentalmente su un processore IBM reale, non contraddice il teorema originale, ma lo raffina introducendo il concetto di clonazione cifrata.
Il teorema di no-cloning fu formulato negli anni Ottanta del Novecento e stabilisce un principio inviolabile: gli stati quantistici che descrivono tutte le informazioni di un sistema fisico non possono essere duplicati. Il motivo risiede nella natura stessa della meccanica quantistica — qualsiasi tentativo di misurare un qubit, l'unità base dell'informazione quantistica, distrugge irrimediabilmente le sue delicate proprietà quantistiche, rendendo impossibile la copia fedele. Questo principio è diventato la pietra angolare di tecnologie come la crittografia quantistica, garantendo protocolli di comunicazione teoricamente inviolabili.
La scoperta di Kempf e colleghi è nata in modo quasi accidentale, studiando un problema apparentemente slegato: come potrebbe funzionare una rete Wi-Fi o una stazione radio quantistica. In uno scenario del genere, più ricevitori riceverebbero la medesima informazione quantistica — qualcosa che il teorema di no-cloning tradizionale vieta categoricamente. Analizzando come le fluttuazioni casuali, il cosiddetto rumore, avrebbero influenzato le copie dell'informazione percepite dai ricevitori, i ricercatori si sono imbattuti in qualcosa di inaspettato.
"Ci siamo chiesti: perché il rumore quantistico sembra interferire con il teorema di no-cloning?" racconta Kempf. L'analisi approfondita ha rivelato che il rumore agisce come un meccanismo di cifratura naturale: distorce il messaggio originale in modo caotico, ma in maniera reversibile. Se questo processo viene applicato intenzionalmente e con controllo, diventa uno strumento potente per generare copie cifrate di un qubit, ciascuna accompagnata da una chiave di decifratura monouso.
La logica del sistema è precisa: esiste sempre e soltanto una copia leggibile e non cifrata di ciascun qubit. Tutte le altre sono inaccessibili senza la rispettiva chiave monouso. Questo schema risulta pienamente compatibile con il teorema di no-cloning nella sua formulazione originale, perché non esiste mai più di una versione "chiara" dell'informazione quantistica simultaneamente disponibile.
Una volta dimostrata la validità teorica del protocollo, il team ha condotto test sperimentali su un processore quantistico IBM Heron da 156 qubit. I risultati hanno superato le aspettative: poiché la tecnica risulta relativamente robusta nei confronti del rumore e degli errori che affliggono i computer quantistici attuali, è stato possibile generare centinaia di cloni cifrati di singoli qubit. "Abbiamo esaurito lo spazio disponibile sul processore IBM, che contiene solo 156 qubit," spiega Kempf, "ma stimiamo di poter produrre più di 1000 cloni cifrati prima che gli errori ci obblighino a fermarci."
Le implicazioni pratiche più immediate riguardano l'archiviazione e il cloud computing quantistico. Kempf usa un'analogia efficace con i servizi attuali: "Se invii un file su Dropbox, il tuo dato viene salvato almeno tre volte su tre computer separati geograficamente, così che se uno viene distrutto da un incendio e un altro da un'alluvione, il terzo probabilmente sopravvive. Si pensava che questo fosse impossibile con l'informazione quantistica, perché non la si può clonare. Noi abbiamo dimostrato che invece si può fare."
La comunità scientifica accoglie il risultato con interesse ma con precisione terminologica. Aleks Kissinger dell'Università di Oxford sottolinea che il protocollo non intacca il teorema di no-cloning nella sua forma originale, perché tecnicamente non si tratta di clonazione vera e propria. "Non è tanto clonazione quanto una forma di distribuzione dello stato quantistico a molte parti, in modo tale che ognuna di esse possa in seguito recuperarlo", afferma Kissinger, aggiungendo che si tratta di un trucco ingegnoso, ma che personalmente non definirebbe clonazione. Lo stesso Kempf concorda: "Non è clonazione. È clonazione cifrata. Si tratta di un raffinamento del teorema di no-cloning."
Le prospettive aperte da questo lavoro si estendono ben oltre il backup dei dati. Il protocollo potrebbe trovare applicazione nei sistemi di comunicazione quantistica distribuita, dove è essenziale garantire ridondanza dell'informazione trasmessa senza violare i principi fondamentali della fisica.
