I ricercatori hanno scoperto un metodo per aggirare il “teorema della non clonazione” di lunga data nella meccanica quantistica, consentendo di fatto la duplicazione delle informazioni quantistiche in condizioni specifiche. La svolta, guidata da Achim Kempf dell’Università di Waterloo, dimostra che i qubit – le unità fondamentali dell’informatica quantistica – possono essere clonati, a condizione che le informazioni siano crittografate con una chiave di decrittazione monouso.
Il teorema di non clonazione e i suoi limiti
Per decenni, il teorema di non clonazione è stato una pietra miliare della fisica quantistica. Stabilito per la prima volta negli anni ’80, afferma che uno stato quantistico sconosciuto non può essere copiato perfettamente. Qualsiasi tentativo di misurare e replicare le informazioni distrugge intrinsecamente le fragili proprietà quantistiche che le rendono preziose. Questo principio è alla base di molti protocolli di crittografia quantistica, garantendo che i dati non possano essere intercettati e duplicati senza essere rilevati.
Tuttavia, il team di Kempf ha trovato una soluzione alternativa: crittografare le informazioni quantistiche prima di copiarle. La chiave di crittografia è unica e usa e getta, il che significa che può esistere solo una copia chiara e non crittografata del qubit in un dato momento, preservando la compatibilità con l’intento del teorema originale.
Come funziona la clonazione crittografata
La scoperta è nata da un’indagine sul Wi-Fi quantistico, un concetto precedentemente considerato impossibile a causa del teorema della non clonazione. Il team si è reso conto che le fluttuazioni casuali (rumore) nel sistema agivano come un meccanismo di crittografia naturale, codificando il messaggio originale e consentendo al tempo stesso un processo di decrittografia reversibile. Sfruttando intenzionalmente questo rumore, hanno ideato un protocollo per creare più copie crittografate.
Il metodo è stato testato su un vero computer quantistico IBM Heron, generando con successo centinaia di cloni crittografati di singoli qubit. Il team stima che potrebbero produrne oltre 1.000 prima che i tassi di errore diventino proibitivi.
Implicazioni per l’informatica e l’archiviazione quantistica
Questa svolta ha implicazioni significative per l’archiviazione e l’elaborazione del cloud quantistico. Come spiega Kempf, la tecnica rispecchia i tradizionali sistemi di ridondanza dei dati come Dropbox, dove i file vengono replicati su più server per prevenire la perdita di dati.
“Se invii un file a Dropbox, i tuoi dati verranno salvati almeno tre volte in tre diversi computer geograficamente separati, in modo che se uno viene colpito da un incendio, l’altro da un’alluvione, c’è una buona possibilità che il terzo sopravviva. Una volta si pensava che non fosse possibile farlo con le informazioni quantistiche, perché non è possibile clonarle. Ma quello che abbiamo dimostrato è che è possibile farlo.”
Si tratta davvero di clonazione?
Alcuni esperti, come Aleks Kissinger dell’Università di Oxford, sostengono che non si tratta di vera clonazione ma piuttosto di un’intelligente ridistribuzione dello stato quantistico. Il processo non crea copie identiche e indipendenti; invece, diffonde le informazioni tra più parti, con solo una in grado di recuperarle completamente.
Kempf riconosce la sfumatura, definendola “clonazione crittografata” – un perfezionamento, non una violazione, del teorema originale. La conclusione fondamentale è che, sebbene la duplicazione perfetta rimanga impossibile, la replicazione sicura dell’informazione quantistica è ora chiaramente realizzabile.
Questa scoperta sottolinea l’evoluzione della comprensione della meccanica quantistica e delle sue applicazioni pratiche. Sebbene il metodo non infranga le leggi fondamentali della fisica, espande le possibilità di costruire sistemi quantistici più robusti e affidabili.
