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Fisica quantistica per tutti, con videogame e cartoon

Fisica quantistica per tutti, con videogame e cartoon
Da: LRSC Pubblicato In: Gennaio 11, 2021 Visualizzato: 101

Fisica quantistica per tutti, con videogame e cartoon

Entriamo nella tana del Bianconiglio. Comincia così l'avventura, la discesa in un mondo in cui le regole che conosciamo non valgono, l'esperienza della realtà è una storia da vivere lasciandosi alle spalle tutto il resto. Per raccontare e capire la fisica quantistica a tutti è nata QPlayLearn, sviluppata da ricercatrici e ricercatori delle Università finlandesi di Turku, Helsinki e Aalto. Una nuova piattaforma (per ora tutta in inglese) dedicata all'outreach, alla divulgazione scientifica per studenti di tutte le età, ma non solo, di uno dei settori più 'ostici' della scienza contemporanea, che ha rivoluzionato la comprensione della materia e della realtà. A capo del team che ha realizzato l'architettura di questo strumento c'è un'italiana, Sabrina Maniscalco, professoressa di Fisica quantistica all'Università di Helsinki e alla Aalto University: "Io e il mio gruppo abbiamo una passione forte per la fisica quantistica e il desiderio di condividerla - spiega a Repubblica - ci siamo chiesti quale fosse la maniera migliore per comunicare i risultati scientifici. Questo ci ha portato a pensare alla varietà dei tipi di intelligenza umana, se per una fetta di popolazione, anche piccola, l'approccio logico-matematico è naturale, per altri l'intelligenza visiva ed estetica sono prevalenti".

QPlayLearn è pensata per far entrare nel tunnel che conduce dal macro al micro, attraverso diversi percorsi. Il gioco, sviluppato per coinvolgere attraverso l'interazione, immergendosi nella realtà 'stramba' delle particelle subatomiche. Intuire il controintuitivo, muovendosi in un mondo che ha regole proprie, in cui si attiva quella stessa sospensione dell'incredulità che sperimentiamo con un film o un videogame di fantascienza: "Il meccanismo è quello dell'approccio intuitivo, ciò che si comprende giocando poi rimane" sottolinea Maniscalco.

Col gioco si apprendono concetti base, come i livelli di energia "discreti" degli elettroni 

Se spiegare queste cose è difficile, per la gamification è necessario affidarsi a chi ha fantasia, estro e capacità perché risulti efficace. In questo è arrivato il contributo della Finnish game jam association, che organizza delle specie di hackaton non competitivi, in cui i programmatori sono chiamati a sviluppare giochi basati, in questo caso, sulla fisica quantistica: "Sono una fonte di grande creatività e divertimento - continua la fisica - l'ultima game jam in presenza si è tenuta a Helsinki nel 2019, vi ha partecipato anche il graphic designer di Angry birds, nel 2020 ne abbiamo realizzata una a Pisa ma per le ragioni legate al Covid si è tenuta completamente online".

La tecnologia quantistica nel laboratorio di un alchimista 

Il compito dei ricercatori è stato fornire materiale, spiegazioni, accurate scientificamente ma alla portata di tutti. Il resto lo ha fatto l'immaginazione, che ha dato vita a labirinti in cui le chiavi delle porte scompaiono appena le si "osserva", mentre nella tenzone tra i due robottini Phi e Delta (simili a bb8 di Star Wars) viene spiegato il funzionamento dell'energia degli elettroni e la probabilità statistica della misura, l'obiettivo è quello di friggere uno dei due mentre si avvicina minaccioso, oppure il qubit (il mattone fondamentale del quantum computing, analogo del bit) e l'entanglement spiegati con le carte, facendo un solitario dalle regole bizzarre, e con un'app sviluppata a questo scopo: "La fisica quantistica, per essere afferrata, richiede molta immaginazione, come diceva Feynman, che perdiamo nell'età adulta - sostiene Marilù Chiofalo, professoressa di Fisica della materia all'Università di Pisa, che ha fornito contributi alla piattaforma - abbiamo notato che c'è una grande difficoltà a raccontare queste scoperte che sono e saranno sempre più importanti nel futuro".

L'entanglement spiegato in un cartoon con il matrimionio di due particelle 

Far intuire ciò che è controintuitivo necessita di immagini. Oltre al videogame, la spiegazione di alcuni principi base della fisica quantistica, come l'entanglement (la relazione tra due particelle, che viene rappresentata come un matrimonio, e che si mantiene per cui misurando una si conosce anche lo 'stato' dell'altra) è affidata a delle "quantum pills", cartoon ideati da una startup, Vis (Virtual immersion in science srl) spinoff della Scuola Normale superiore di Pisa.

Si va per gradi, per modi di apprendimento. Ogni argomento è affrontato, oltre che in maniera interattiva e visuale, anche per brevi lezioni, più tecniche. Nella parte "Discover" diversi docenti, ancora usando metafore e processi logici, spiegano con brevi video cosa avviene quando tentiamo di misurare una particella, della quale ci sfugge, di volta in volta, la velocità o la posizione. Accompagnati da spiegazioni più esaustive, che usano logica e matematica destinati, per esempio, a studenti delle scuole superiori. Infine la sezione "learn", in cui si entra nel cuore 'duro' della fisica quantistica, destinato a chi mastica la matematica e la logica necessarie: "Si sceglie un concetto chiave e lo si esplora - osserva Chiofalo - i professori lo trattano come se dovessero spiegarlo ai loro nonni. Ci sono diverse profondità di lettura. Il bambino ci legge delle cose, gli universitari ne leggono delle altre". Ci sarà presto anche un tutorial e la possibilità di iniziare a imparare a programmare con un computer quantistico con pochi qbit, grazie al contributo di IBM.

La piattaforma è completamente libera, i contenuti possono essere usati con licenza Creative commons, e destinata, come abbiamo visto, a un pubblico molto vasto. "Abbiamo già un piano per lavorare con chi si occupa di pedagogia per estendere l'insegnamento anche ai bambini più piccoli, fino alla scuola primaria, e alle loro famiglie - aggiunge Maniscalco - di solito con la divulgazione raggiungiamo gli entusiasti e curiosi, ma pensiamo sia importante per la nostra società aumentare l'educazione scientifica perché si facciano scelte sempre più consapevoli". QPlayLearn intanto continuerà a crescere, affermano le due scienziate, con nuovi contenuti e, in futuro, anche la traduzione nelle lingue "madri" di chi l'ha creata: l'italiano e inglese.

Il lato business di tutto questo sembra altrettanto interessante. QPlayLearn offre alle aziende l'opportunità di formare i propri dipendenti, prepararsi a capire, gestire e utilizzare una tecnologia che nei prossimi anni rivoluzionerà l'informatica e, con essa, molta parte dell'economia. A gestire questa parte è la Algorithmiq, startup di cui è Ceo la stessa Sabrina Maniscalco. Il Governo Finlandese ha co-finanziato con 21 milioni di euro l'acquisizione di un computer quantistico da parte di VTT, società statale per la ricerca. VTT sta creando un forum di imprese che desiderano diventare quantum ready, e Algorithmiq offrirà i suoi corsi per il training di queste imprese: "Ci occupiamo di sviluppare software per computer quantistici - spiega - in particolare per quantum chemistry e drug development, che possono fare grandi passi avanti nello sviluppo di nuovi medicinali anche per la medicina di precisione. In QPlayLearn offriamo corsi di alto livello dedicati a società come banche, industrie farmaceutiche, o chi sviluppa veicoli a guida autonoma, che vogliono preparare i propri dipendenti ed essere quantum ready. Con la presenza di esperti di formazione per aziende assieme a fisici e ricercatori. Si tratta di creare le competenze e i software in tempo per utilizzare l'hardware che sta per diventare disponible, i quantum computer stanno assistendo a una crescita velocissima. La seconda rivoluzione quantistica (dopo quella che avvenne cento anni fa) è già iniziata".

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