La sfida dei radar a prova di nemico
di Angelo Bassi , di Angelo BassiE' la nuova frontiera della meccanica quantistica
Un radar a prova di interferenze farebbe la fortuna delle armate che lo possiedono, e metterebbe in guai seri gli avversari. E i radar quantistici potrebbero aiutare a compiere un passo importante in questa direzione.
Il radar tradizionale funziona sul principio dell’eco: un’onda che incontra un ostacolo rimbalza e torna indietro, almeno in parte. Misurando il ritardo con cui l’onda ritorna all’antenna e conoscendone la velocità, è possibile determinare il tragitto percorso e quindi la distanza a cui si trova l’oggetto da cui è rimbalzata, ad esempio un aereo nemico. Con tecniche più sofisticate si può ricostruire anche la sua posizione nel cielo e ottenere ulteriori informazioni, tra le quali le sue dimensioni.
Un radar a prova di interferenze farebbe la fortuna delle armate che lo possiedono, e metterebbe in guai seri gli avversari. E i radar quantistici potrebbero aiutare a compiere un passo importante in questa direzione.
Il radar tradizionale funziona sul principio dell’eco: un’onda che incontra un ostacolo rimbalza e torna indietro, almeno in parte. Misurando il ritardo con cui l’onda ritorna all’antenna e conoscendone la velocità, è possibile determinare il tragitto percorso e quindi la distanza a cui si trova l’oggetto da cui è rimbalzata, ad esempio un aereo nemico. Con tecniche più sofisticate si può ricostruire anche la sua posizione nel cielo e ottenere ulteriori informazioni, tra le quali le sue dimensioni.
Naturalmente l’avversario non sta fermo ad aspettare di essere intercettato: sono state messe a punto diverse soluzioni per ingannare un radar, che comprendono l’invio di segnali fasulli di disturbo, una strategia che in gergo tecnico viene detto jamming, oppure la realizzazione di materiali e geometrie che minimizzano la quantità di onde riflesse e le disperdono, utilizzati dagli aerei militari chiamati stealth, costruiti per essere invisibili ai radar. È una continua rincorsa a impadronirsi della tecnologia più avanzata per individuare efficacemente l’avversario e meglio nascondersi da esso.
In questa sfida, la fisica quantistica apre nuovi orizzonti. Un radar quantistico utilizza singoli fotoni, i quanti della luce, al posto delle onde elettromagnetiche classiche. I fotoni vengono preparati in particolari stati chiamati entangled, cioè “intrecciati”, quelli per la cui realizzazione è stato attribuito lo scorso anno il premio Nobel per la fisica: si tratta di coppie di “fotoni gemelli” con proprietà perfettamente correlate, che sopravvivono anche a grandi distanze. Un fotone della coppia viene trattenuto nel radar, mentre l’altro viene inviato verso il bersaglio, per poi tornare indietro: misurandone il tempo di arrivo e altre sue proprietà, si può ricostruire la posizione e altri dettagli utili a identificare l’oggetto, come già si fa utilizzando le onde elettromagnetiche classiche.
La novità fondamentale introdotta dalla tecnologia quantistica è che il fotone di ritorno, essendo perfettamente correlato al suo gemello rimasto dentro il radar, può essere distinto da qualunque altro fotone emesso dall’avversario nel tentativo di disturbare l’operazione di tracciamento dei bersagli. Le misure di correlazione tra fotoni, oramai di routine nei laboratori di fisica, sono in grado di distinguere fotoni correlati da fotoni non correlati: applicato ai radar, questo significa neutralizzare il jamming e gli altri sistemi di disturbo: il sogno di ogni forza armata.
Quella descritta è la teoria, sviluppata a partire dalla metà degli anni 2000. Nel 2020 sono stati realizzati i primi esperimenti, nelle condizioni ideali di un laboratorio e quindi ben lontane dalle situazioni reali. Realizzare un radar quantistico funzionante sul campo è un’enorme sfida tecnologica il cui esito è incerto, essendo molteplici e difficili gli ostacoli da superare. Un primo importante problema da risolvere è come tradurre i fotoni entangled, generalmente prodotti nelle frequenze della luce visibile, in micro-onde utili ai sistemi radar; una soluzione è stata trovata nel 2015 da un gruppo internazionale di fisici con una importante presenza italiana, ed è una conferma dell’eccellenza del nostro paese nel campo della fisica quantistica.
Rimane aperto il problema dei molti “rumori ambientali”, disturbi che rovinano le correlazioni tra fotoni entangled e quindi il vantaggio quantistico ad essi connesso: è un limite che affligge tutte le tecnologie quantistiche, che sono strutturalmente delicate. Lavorando con singoli fotoni, un altro aspetto da risolvere è legato alle perdite di segnale, già debole di suo, sulle lunghe distanze; inoltre bisogna immagazzinare uno dei due fotoni gemelli dentro il radar senza perderlo o deteriorarlo mentre l’altro fotone della coppia viaggia nello spazio per poi tornare indietro. Ogni singolo elemento di un radar quantistico, da solo, rappresenta un universo di tecnologie da capire, migliorare, inventare: magari alla fine non avremo un radar operativo, ma un potente sensore, utile anche per scopi pacifici, probabilmente sì. Ad esempio, si può ipotizzare un autovelox quantistico per misurare la velocità di un mezzo senza che questo possa mettere in atto azioni di disturbo. Non farà la gioia degli automobilisti, e il teletrasporto, anch’esso premiato lo scorso anno con il Nobel, non li salverà da una multa per eccesso di velocità.