Il denaro elettronico e le nostre stesse identità sono sempre più affidate al web e protette da sistemi di crittografia a loro volta basati sulla generazione di numeri casuali. Ma esiste un utilizzo di Internet veramente sicuro? Per saperlo abbiamo intervistato Massimo Borghi, studente al secondo anno della scuola di dottorato in Fisica dell’Università di Trento, i cui interessi di ricerca riguardano anche la generazione di numeri casuali. È stato lui a ricevere quest’anno a Parigi il premio “Best student oral presentation” assegnato dalla prestigiosa rivista Nature Photonics.
Massimo, quali sono stati i motivi che hanno portato Nature Photonics a scegliere il tuo lavoro come migliore presentazione orale?
A Parigi ho discusso una delle mie ultime ricerche nell’ambito della fotonica integrata. Ho presentato un dispositivo in grado di trasformare un segnale luminoso continuo in uno dove la luce cambia d’intensità in modo del tutto caotico e imprevedibile. Questi regimi turbolenti hanno ricevuto molta attenzione negli ultimi anni perché possono essere usati per la generazione di sequenze di numeri random. In particolare siamo stati in grado di generare sequenze random alla velocità di 1 miliardo di bit al secondo.
Il premio riguardava la chiarezza nell’esposizione e l’interesse suscitato nel pubblico. Credo che abbiano apprezzato soprattutto la trattazione semplice di un argomento che sottoindende una fisica molto complessa. Per intenderci, ho ridotto tutto a un sistema massa-molla, che ha una fisica conosciuta e che quindi può essere capita da tutti.
Quale è stato il percorso di studi e interessi che ti ha condotto ad amare la fisica?
Ho conseguito la laurea triennale in Fisica a Modena con una tesi in elettronica nel settembre 2010. Durante la triennale i miei studi si sono concentrati prevalentemente sulla fisica dei dispositivi elettronici, con un particolare interesse per l'optoelettronica (LED, CCD camera, fototrasduttori ecc.). Ho scelto di venire a Trento per la laurea magistrale perchè interessato al curriculum di nanofotonica e optoelettronica. La decisione è stata maturata dopo aver valutato l'offerta didattica e i laboratori di diverse università italiane del Nord. Col tempo il mio interesse si è spostato dall'optoelettronica alla fotonica, ovvero allo studio delle proprietà fondamentali di propagazione e interferenza della luce. Quello che è diventato il mio campo è poi l'ottica integrata in silicio.
Ho conseguito poi la laurea magistrale nel settembre 2012 con la tesi "Disorder and optical nonlinearities in silicon on insulator microrings".
A quali studi ti stai dedicando adesso nel laboratorio di Nanoscienze del Dipartimento di Fisica?
Il laboratorio di Nanoscienze, coordinato da Lorenzo Pavesi, si occupa da anni di Silicon Photonics, ovvero di “fotonica al silicio”. In parole semplici, l'ottica integrata in silicio è la controparte ottica dei circuiti integrati elettronici. Invece che utilizzare componenti elettronici uniti tra di loro da piste di rame in cui scorre corrente (chip elettronico), la Silicon Photonics utilizza componenti fotonici, quindi in grado di elaborare un segnale luminoso anzichè elettrico, collegati tra loro da nanocanali (guide d'onda) in cui scorre la luce.
Attualmente in questi nanocanali stiamo facendo scorrere una luce particolare, a bassissima intensità, che manifesta le proprietà tipiche della meccanica quantistica. Questa nuova branca della fotonica è chiamata "Quantum integrated Silicon Photonics".
Si tratta della possibilità di manipolare su chip le proprietà delle singole particelle di cui è composta la luce, ovvero i fotoni. Se siamo in grado di utilizzare i singoli fotoni per trasportare informazioni da una parte all'altra del chip, abbiamo accesso a delle proprietà completamente nuove della luce.
Fra queste proprietà vi è la casualità assoluta. John Von Neumann, uno dei padri fondatori dei moderni sistemi di calcolo, ha scritto che “chiunque consideri sistemi aritmetici nella produzione di numeri casuali commette peccato”. Il metodo che stiamo studiando non è aritmetico ma quantistico, quindi, secondo le parole di Von Neumann, privo di peccato; questo metodo, una volta applicato, ci condurrà molto più vicini alla sicurezza assoluta di qualsiasi transazione criptata da numeri casuali. Il mondo della trasmissione di dati potrebbe essere completamente rivoluzionato dalla crittografia quantistica. I principi di base della meccanica quantistica infatti impediscono l’intercettazione di informazioni che scorrono su un canale quantistico da parte di terze persone indesiderate. Si tratta quindi di protocolli di comunicazioni più sicuri di quelli attuali.
Nell’immaginario popolare spesso il fisico è un individuo distratto e astratto, ritieni di appartenere a queste categorie? Oppure trovi il tempo per coltivare altri interessi e hobby?
Sicuramente appartengo alla categoria dei distratti, ma non credo che questo dipenda dal percorso di studi che ho scelto. Un buon fisico non può avere la testa tra le nuvole, ma deve essere concreto e non perdere mai il contatto con la realtà. Io, così come i miei colleghi, coltiviamo molti hobby. Sono appassionato di sport, sia praticato che visto in televisione. Passo buona parte del mio tempo libero tra palestra, calcio e mountain bike con gli amici. Lo sport per me è una valvola di sfogo per smaltire le "fatiche" mentali della ricerca scientifica. Il resto del tempo libero è dedicato alla mia famiglia, ai miei amici e alla mia ragazza.