Ogni giorno incontriamo eventi imprevedibili, che diciamo avvenire per puro caso. Ma se vogliamo creare qualcosa di veramente casuale le cose si fanno complicate: molti fenomeni sono governati da leggi fisiche i cui esiti possono essere previsti, con la dovuta potenza di calcolo. In informatica, poi, generare qualcosa a caso è del tutto impossibile, almeno con i computer tradizionali basati su algoritmi deterministici. Eppure è proprio in questo campo che un generatore di numeri casuali potrebbe rivelarsi realmente utile, perché permetterebbe di crittografare in modo impenetrabile dati e transazioni, utilizzando una chiave di criptatura assolutamente impossibile da indovinare. Per i fisici e gli esperti di sicurezza informatica la vera imprevedibilità è quindi una sfida titanica, che oggi potrebbe finalmente essere stata vinta: un team di scienziati dell'Eth di Zurigo ha annunciato di aver creato, per la prima volta, un sistema capace di generare “casualità perfetta” e certificata grazie alla fisica quantistica. I risultati sono stati descritti sulla rivista Nature.La casualità perfettaPerché è così difficile ottenere qualcosa di realmente causale e imprevedibile? Facciamo un esempio pratico: il lancio di una moneta. Il risultato può sembrare casuale, ma è comunque regolato da forze fisiche che, per quanto complesse, danno risultati che almeno in teoria possono essere previsti. Ogni sistema fisico reale, come un dado o una moneta, può inoltre contenere piccole imperfezioni potenzialmente in grado di influenzare il risultato, rendendo più comuni alcuni numeri o il risultato di una delle due facce. “Persino i moderni generatori di numeri casuali basati su effetti della meccanica quantistica non sono del tutto immuni da errori sistematici o ‘bias’”, spiega Andreas Wallraff, ricercatore dell’Eth di Zurigo che ha coordinato il nuovo studio. Ora però il suo team ha trovato un modo per partire da una casualità imperfetta, come quella dei generatori basati su effetti quantistici, ed estrarre da essa numeri perfettamente casuali. Hanno battezzato il loro metodo “amplificazione della casualità” (randomness amplification).Il test di BellI ricercatori, infatti, si sono rivolti alla fisica quantistica e in particolare al test di Bell, un esperimento progettato per testare la teoria della meccanica quantistica in relazione al concetto di realismo locale di Albert Einstein. Il realismo locale, come vi abbiamo raccontato, è un’obiezione mossa da Einstein all’interpretazione della fisica quantistica di Niels Bohr. Con la parola realismo ci si riferisce al concetto secondo il quale qualsiasi oggetto ha proprietà ben definite anche quanto non lo si sta osservando; mentre con la parola locale si intende il fatto che gli oggetti possono essere influenzati solo da eventi che avvengono nelle loro vicinanze, e non da un’azione a distanza. Nella meccanica quantistica, invece, l’osservazione di un oggetto ne modifica in qualche modo le proprietà e postula l’esistenza di un’azione a distanza esercitata tra particelle intrinsecamente collegate tra loro, ossia il principio dell’entanglement.L'esperimento miglioratoNel nuovo studio, i ricercatori hanno costruito un sistema molto complesso con una coppia di bit quantistici (qubit) che possono assumere lo stato 0 o 1, o qualsiasi sovrapposizione arbitraria di questi stati, collegati da un tubo lungo 30 metri e raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto. I fotoni possono così viaggiare avanti e indietro tra i qubit, creando così un entanglement quantistico e ciò significa che una misurazione quantistica su un qubit, che produce casualmente i valori 0 o 1, influenza automaticamente e a distanza se 0 o 1 viene misurato sul secondo qubit. La distanza di 30 metri, aggiungono gli autori, garantisce che, durante la misurazione, anche alla velocità della luce, non vi sia alcuno scambio di informazioni tra i qubit, compromettendo così la casualità perfetta. Apportando miglioramenti tecnici sia alla stabilità che alla velocità dell'esperimento, che ha consentito di eseguire oltre un miliardo di prove del test di Bell in circa 9 ore, hanno poi effettuato delle misurazioni sui qubit che hanno prodotto correlazioni così forti da non poter essere spiegate da classiche regole nascoste o comportamenti pre-programmati. "In sostanza è stato dimostrato che l'amplificazione della casualità è impossibile con metodi puramente classici”, si legge nello studio. Il loro risultato è quindi un sistema in grado di generare una casualità perfetta, anche partendo da una casualità imperfetta. "I miglioramenti tecnici ci hanno permesso, per la prima volta, di creare numeri casuali che rimarranno perfettamente casuali per tutta l'eternità, indipendentemente dai metodi analitici utilizzati per valutarne la casualità", ha concluso il co-autore Renato Renner.