I RADAR QUANTISTICI: E’ VICINA LA FINE DELL’ERA DEGLI “STEALTH”?

Il primo radar quantistico al mondo è un dispositivo che utilizza i “fotoni entangled”, cioè, inestricabilmente legati tra loro; funziona a una potenza molto bassa, così da nascondersi dietro il rumore di fondo, rendendolo quindi utile per applicazioni biomediche, di sicurezza e, chiaramente, anche militari.

La rivoluzione quantistica consente di percepire il mondo in un modo totalmente nuovo utilizzando le proprietà speciali della meccanica quantistica che permettono di effettuare misurazioni o produrre immagini altrimenti impossibili.

Il "Radar quantistico", è un dispositivo totalmente nuovo che utilizza microonde entangled. Il tutto viene elaborato per superare le limitazioni dei sistemi radar tradizionali. Una versione sperimentale è stata costruita da un team dell'Istituto di Scienza e Tecnologia d’Austria: permette di individuare oggetti a temperature più basse e con meno rumore di fondo rispetto ai radar esistenti. I ricercatori ribadiscono che i livelli di energia, particolarmente bassi, del radar quantistico consentiranno migliori tecniche di imaging medico non invasivo o una tecnologia militare più furtiva o efficiente.
L'atto di riflettere e rilevare i fotoni (onde radio) mentre rimbalzano su un qualsiasi oggetto (che è il modo utilizzato per individuarli), di norma distrugge l'entanglement quantistico, che è la chiave dietro alla realizzazione di questo nuovo radar. Il dispositivo utilizza molta meno energia rispetto ad un radar convenzionale. I fotoni riescirebbero a rimanere associati l'uno all'altro in modo sufficientemente forte da essere individuabili dalla poca luce presente nell’area. Di conseguenza, a livello sperimentale, un radar quantistico è stato in grado di rilevare oggetti a temperatura ambiente in un ambiente interno anch'esso a temperatura ambiente: questa è una capacità che normalmente elude i sistemi radar convenzionali.


"Entanglement" quantistico

L'entanglement quantistico, o correlazione quantistica, è un fenomeno quantistico, privo di analogo classico, per cui in determinate condizioni due o più sistemi fisici rappresentano sottosistemi di un sistema più ampio, il cui stato quantico non è descrivibile singolarmente, ma solo come sovrapposizione di più stati. Da ciò consegue che la misura di un'osservabile di un sistema (sottosistema) determini simultaneamente il valore anche per gli altri. Poiché risulta possibile dal punto di vista sperimentale che tali sistemi (sottosistemi) si trovino spazialmente separati, l'entanglement implica in modo controintuitivo la presenza di correlazioni a distanza, teoricamente senza alcun limite, tra le loro quantità fisiche, determinando il carattere non locale della teoria. Il termine entanglement (letteralmente, in inglese, "groviglio", "intreccio") fu introdotto da Erwin Schrödinger in una recensione del famoso articolo sul paradosso EPR, che nel 1935 rivelò a livello teorico il fenomeno. Secondo la meccanica quantistica è possibile realizzare un insieme costituito da due particelle caratterizzato da determinati valori globali di alcune osservabili. Ciò comporta che il valore misurato per una particella di una proprietà definita dell'insieme influenzi istantaneamente il corrispondente valore dell'altra, che risulterà tale da mantenere il valore globale iniziale. Ciò rimane vero anche nel caso le due particelle si trovino distanziate, senza alcun limite spaziale. È opportuno precisare che il processo di misura relativo alla singola particella è soggetto alle regole quantistiche di probabilità. Si possono ottenere in pratica due particelle che, secondo la teoria, dovrebbero possedere tale caratteristica, facendole interagire opportunamente o acquisendole da un processo naturale che le origini nel medesimo istante (ad esempio un singolo decadimento radioattivo), in modo che siano descritte da uno stato quantico globale definito, pur mantenendo singolarmente carattere indefinito fino all'esecuzione di una misura. L'entanglement è una delle proprietà della meccanica quantistica che portarono Einstein e altri a metterne in discussione i princìpi. Nel 1935 lo stesso Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen, formularono il celebre "paradosso EPR" (dalle iniziali dei tre scienziati), che metteva in evidenza, appunto come paradossale, il fenomeno dell'entanglement. Esso nacque dall'assunzione di tre ipotesi: principio di realtà, principio di località e completezza della meccanica quantistica. Perché il paradosso venisse risolto era necessario che cadesse una delle tre ipotesi, ma considerando le prime due sicuramente vere, in quanto evidenti, gli autori giunsero alla conclusione che la meccanica quantistica è incompleta (contiene cioè variabili nascoste). In realtà vi era un errore di fondo, evidenziato nel 1964 da Bell con la dimostrazione, nell'ambito di una teoria delle variabili nascoste che riproduca le previsioni della meccanica quantistica, dell'incompatibilità tra i principi di località e di realtà. L'interpretazione maggiormente condivisa della meccanica quantistica (interpretazione di Copenaghen) contempla ad un tempo aspetti locali (teoria quantistica dei campi) e non locali (come appunto l'entanglement) rifiutando il principio di realtà, mentre, ad esempio, l'interpretazione di Bohm, che è una tipica teoria delle variabili nascoste, afferma il principio di realtà, escludendo quello di località. In ogni caso la meccanica quantistica si è dimostrata in grado di produrre corrette previsioni sperimentali fino ad una precisione mai raggiunta prima e le correlazioni associate al fenomeno dell'entanglement quantistico sono state effettivamente osservate. All'inizio degli anni '80 Alain Aspect e altri hanno svolto una serie di esperimenti particolarmente accurati che hanno provato che le correlazioni misurate seguono le previsioni della meccanica quantistica. Successivamente (1998) Zeilinger e altri hanno migliorato tali esperimenti confermando risultati in accordo con le previsioni teoriche. L'entanglement quantistico è alla base di tecnologie emergenti come i computer quantistici e la crittografia quantistica e ha permesso esperimenti relativi al teletrasporto quantistico, su cui si appuntano le speranze di nuove tecnologie. Sebbene non si possa trasmettere informazione attraverso il solo entanglement, l'utilizzo di un canale di comunicazione classico in congiunzione con uno stato entangled permette il teletrasporto di uno stato quantistico, che sarebbe altrimenti impossibile poiché richiederebbe un'infinita quantità di informazione per essere determinato. All'atto pratico, come conseguenza del teorema di no-cloning quantistico, questa ricca informazione non può comunque essere letta integralmente, ma può tuttavia essere impiegata nei calcoli.

Un radar quantistico cinese riesce a tracciare gli aerei “stealth”?

Un ente di ricerca militare cinese ha di recente realizzato un prototipo basato sui principi della fisica quantistica: sarebbe in grado di rivelare anche la posizione degli aerei invisibili ai redar.

Chiaramente, potrebbe essere uno strumento bellico formidabile: un velivolo stealth è un jet progettato e costruito in modo da non essere (quasi) localizzato dai radar ostili. Sarebbe quasi impossibile da individuare, ed è certamente in grado di cogliere i sorpresa il proprio avversario. Purtroppo, un’azienda cinese ha di recente annunciato di aver messo a punto un radar di nuova generazione, basato su principi della fisica quantistica, capace di individuare con precisione la posizione degli aerei “stealth” e rendendoli quindi estremamente vulnerabili alle difese anti-aeree. Comunque, un po' di scetticismo è necessario: non è infatti la prima volta che dalla Cina arriva un annuncio di questo tenore.

GLI AEREI “STEALTH”, MA PER CHI?

Gli aerei stealth sono velivoli tecnologicamente molto complessi, dotati di accorgimenti tecnici che li rendono quasi impercettibili ai dispositivi di localizzazione. Per ottenere l'invisibilità radar, la superficie di questi aerei viene rivestita con particolari vernici capaci di assorbire le onde elettromagnetiche; il loro disegno è progettato in modo da evitare il più possibile la presenza di angoli riflettenti. In questo modo, le onde radio emesse dai radar vengono redistribuite intorno al veicolo, invece di rimbalzare verso i radar nemici e quindi svelare la posizione del velivolo in volo. Ad ogni buon conto, il radar quantistico ha già diversi decenni di vita, e negli anni le capacità di identificare la presenza degli aerei stealth sono state migliorate notevolmente.

LE DIFESE  ANTIAEREE QUANTISTICHE

La società “China Electronics Technology Group Corporation” è un gigante dell’industria bellica cinese: il suo radar quantistico prometterebbe molto più di quanto sia possibile con le tecnologie attuali. Se i radar anti-stealth lavorano con lunghezze d'onda più corte di quelli tradizionali, e hanno risultati migliori ma comunque altalenanti, quello cinese dovrebbe rivoluzionare completamente il mondo delle tecnologie di rilevamento a distanza. Il nuovo sistema elettronico si basa sui principi, ben più complessi, della fisica quantistica. In particolare, sfrutta un complicatissimo fenomeno fisico che ha come conseguenza la correlazione tra due particelle: osservando lo stato di una, è possibile conoscere con certezza anche quello dell’altra, ovunque essa si trovi. Il nuovo radar, in teoria, funziona così: vengono prodotti due fotoni 'entangled', uno viene sparato in cielo a caccia di un aereo stealth, e l'altro rimane all’interno dell'apparecchio. Quando il fotone nel suo viaggio all'esterno del radar colpisce un velivolo invisibile, rimbalza quindi verso terra e viene recuperato dal radar quantistico, che comparandone lo stato con quello del suo gemello 'entangled' può scoprire se ci sono state interferenze esterne che indichino la presenza di un aereo stealth o di altre tecnologie di camuffamento.

In teoria, mettere le mani su una simile tecnologia rappresenterebbe un bel vantaggio militare per qualunque nazione. In pratica, che sia stato realizzato concretamente non è ancora certo. La China Electronics Technology Group Corporation avrebbe presentato di recente il suo prototipo funzionante. Molti esperti però fanno notare che senza sapere cosa ci sia realmente all’interno del dispositivo messo in mostra, è impossibile stabilire se si tratti o meno di una scoperta tecnologica rivoluzionaria. A favore della buona fede della scoperta si può citare senz’altro il fatto che i cinesi sono da anni ormai all’avanguardia per quanto riguarda lo studio, e la messa in pratica, dell’entanglement quantistico. A suo sfavore, invece, gioca il fatto che la China Electronics Technology Group Corporation non è nuova a simili annunci.

Anche il Canada sviluppa radar basati sull’entanglement quantistico

I ricercatori dell’Università di Waterloo in Canada, stanno mettendo a punto speciali radar basati su di una tecnologia del tutto nuova: si starebbe conducendo una ricerca nell’Artico ove le condizioni meteorologiche e le tempeste geomagnetiche ed i brillamenti solari vanno ad interferire fortemente con qualunque operazione radar.

Da ora in poi gli aerei “stealth” nell’Artico canadese potranno essere individuati grazie ad un nuovo sistema radar quantistico che potrà aiutare gli operatori a ridurre il rumore di fondo e ad isolare gli oggetti identificandoli come avviene con un normale radar. Con questa nuova tecnologia sarà possibile individuare soprattutto gli aerei che utilizzano speciali e complesse tecnologie, come ad esempio quelle per assorbire e deviare le onde radio, per essere poco visibili ai radar ostili.

Ma su cosa si basano i radar quantistici? 

Utillizzano la cosiddetta “illuminazione quantistica” per rilevare un oggetto sfruttando il principio dell’entanglement che prevede che due particelle siano indissolubilmente collegate fra loro, anche se separate da grandi distanze. Si utilizza una coppia di fotoni: uno dei due viene inviato verso l’oggetto attraverso il cielo mentre l’altro rimane nella stazione radar. Quando il secondo fotone colpisce qualcosa, verosimilmente un velivolo, rimbalza e viene deviato e ciò costituisce la firma grazie alla quale si possono ottenere informazioni sul “target”. In questo modo si possono scartare i fotoni provenienti alla stazione radar a causa del rumore di fondo. L’illuminazione quantistica ad oggi è stata in parte esplorata solo in laboratorio ma lo scopo del gruppo di ricerca, finanziato dal governo canadese, è quello di “creare una solida fonte di fotoni entangled che possono essere generati premendo un pulsante”.

(FONTI: Web, Google, Wikipedia, technology review, futurism, Repubblica, Notiziescientifiche, You Tube)