David Deutsch: Il fisico che ha preso il multiverso alla lettera

Nel 1985 un fisico di Oxford pubblicò un articolo che descriveva una macchina che nessuno aveva costruito e che pochi ritenevano necessaria: un computer quantistico universale. La sua tesi non era che sarebbe stato utile. Era che il principio più profondo dell'informatica — l'affermazione di Turing secondo cui una singola macchina può simulare qualsiasi processo fisico — era falso così com'era formulato, perché l'universo è quantistico e la macchina di Turing non lo era. Correggere il principio richiedeva un nuovo tipo di computer. Quasi quattro decenni dopo quelle macchine esistono, un'industria è fiorita intorno ad esse e David Deutsch è comunemente definito il padre del calcolo quantistico.

Da Haifa a Oxford

David Elieser Deutsch è nato il 18 maggio 1953 a Haifa, in Israele, da una famiglia ebraica. Ha frequentato la William Ellis School a Londra, ha studiato Scienze Naturali al Clare College di Cambridge e ha proseguito con il dottorato al Wolfson College di Oxford sotto la supervisione di Dennis Sciama e Philip Candelas, lavorando sulla teoria quantistica dei campi nello spaziotempo curvo. Sciama, tra i cui studenti figuravano Stephen Hawking e Roger Penrose, è stato il supervisore di una generazione di teorici britannici disposti a prendere sul serio idee bizzarre — un utile apprendistato per ciò che Deutsch avrebbe fatto in seguito.

Il principio di Church-Turing-Deutsch

L'articolo del 1985 ha introdotto la macchina di Turing quantistica e quello che è diventato noto come il principio di Church-Turing-Deutsch. L'intuizione originale di Turing riguardava la matematica: una macchina universale può calcolare qualsiasi cosa computabile. Deutsch l'ha riformulata come un'affermazione sulla fisica — ovvero che un dispositivo di calcolo universale deve essere in grado di simulare qualsiasi processo fisico e, poiché i processi fisici sono meccanico-quantistici, la macchina universale deve essere essa stessa quantistica.

Questa è una mossa tipica di Deutsch. Ha preso un risultato astratto della logica e ha insistito sul fatto che fosse in realtà un'affermazione sul mondo, seguendo poi le conseguenze ovunque andassero. Ne è scaturito il fondamento teorico di un'intera tecnologia.

A ciò sono seguiti risultati concreti. Insieme a Richard Jozsa ha sviluppato l'algoritmo di Deutsch-Jozsa — una delle prime dimostrazioni che un algoritmo quantistico poteva essere esponenzialmente più veloce di qualsiasi possibile algoritmo classico deterministico. Risolve un problema artificioso privo di interesse pratico, ma questo non è il punto: era una prova di esistenza del fatto che i computer quantistici non sono semplicemente più veloci, ma categoricamente diversi. Ha anche lavorato sulle porte logiche quantistiche e sulla correzione degli errori quantistici, la disciplina che rende le macchine realizzabili in un mondo rumoroso.

Quattro filoni

Il libro di Deutsch del 1997, The Fabric of Reality (La trama della realtà), sosteneva qualcosa di fuori moda: che il modo per comprendere la realtà non è ridurre tutto alla fisica delle particelle, ma riconoscere quattro teorie profonde che si sostengono a vicenda. L'interpretazione a molti mondi della meccanica quantistica di Hugh Everett è la prima e più importante. L'epistemologia di Karl Popper, con la sua enfasi sul realismo e sulle congetture audaci, è la seconda. La teoria del calcolo di Alan Turing, estesa dal principio di Turing dello stesso Deutsch dalle macchine di Turing universali ai computer quantistici universali, è la terza. Il perfezionamento del darwinismo di Richard Dawkins, con i replicatori e i meme, è la quarta.

L'accoglienza è stata calorosa ma non acritica. Il Guardian lo ha definito un libro profondo e ambizioso. Il New York Times vi ha trovato intuizioni provocatorie e rinfrescantemente oblique, pur dubitando che il tutto si tenesse insieme in modo organico. The Beginning of Infinity è seguito nel 2011, estendendo la tesi verso l'affermazione che la conoscenza esplicativa non ha limiti intrinseci.

Il contributo di Deutsch alla filosofia della scienza è un criterio su cui insiste con forza: le buone spiegazioni sono difficili da variare. Una teoria i cui dettagli potrebbero essere scambiati senza danno non sta spiegando nulla; una buona spiegazione ha parti rigidamente vincolate dal lavoro che svolgono.

Teoria dei costruttori

Dal 2012, lavorando con Chiara Marletto, Deutsch sta sviluppando la teoria dei costruttori — un tentativo di generalizzare il calcolo quantistico in un quadro che comprenda tutti i processi fisici. Piuttosto che descrivere cosa accade date determinate condizioni iniziali e leggi del moto, la teoria dei costruttori propone di stabilire quali trasformazioni fisiche siano possibili e quali impossibili, e perché. È un tentativo di ricostruire le fondamenta della fisica su basi diverse. Se avrà successo è un esito del tutto aperto.

Perché David viene definito un genio

La qualità distintiva di Deutsch è il rifiuto di trattare qualsiasi teoria come un mero dispositivo di calcolo. Quando la meccanica quantistica affermava che esistono molti mondi, la maggior parte dei fisici considerava la cosa come una curiosità interpretativa da liquidare con una shrug; Deutsch l'ha presa letteralmente per vera e si è chiesto che aspetto avrebbe avuto una macchina che la sfruttasse. Il computer quantistico universale è nato da quel letteralismo. La stessa mossa si ripete ovunque nella sua opera: trattare il principio di Turing come fisica anziché come logica, trattare la spiegazione anziché la previsione come lo scopo della scienza.

Il riconoscimento è notevole: il Premio Dirac dell'IOP nel 1998, l'elezione a membro della Royal Society nel 2008, la Medaglia Dirac dell'ICTP nel 2017, la Medaglia Isaac Newton nel 2021 e il Breakthrough Prize in Fundamental Physics nel 2023. "Padre del calcolo quantistico" è una descrizione ampiamente utilizzata, non promozionale.

La posizione contraria è reale. Gli impegni fondamentali di Deutsch rimangono posizioni di minoranza: l'interpretazione a molti mondi è un'interpretazione tra le tante, e la teoria dei costruttori deve ancora produrre risultati che attraggano l'attenzione del settore. Egli è un teorico di ciò che è possibile in linea di principio, e l'enorme lavoro pratico di costruzione dei computer quantistici è stato compiuto da altri che lavoravano su hardware da lui non progettato. I suoi libri sono opere di argomentazione piuttosto che di prove, e la loro ampiezza presta il fianco all'accusa che spieghino tutto e quindi non vincolino nulla. È anche giusto notare che Everett ha proposto i molti mondi, Popper l'epistemologia, Turing il calcolo, Dawkins l'inquadramento evolutivo — la sintesi di Deutsch è genuinamente originale, ma i filoni sono presi in prestito. Il suo genio consiste nel vedere cosa consegue dal prendere le teorie esistenti alla lettera, il che è una capacità più rara di quanto sembri e più ristretta di quanto l'appellativo onorifico implichi.

Eredità

Deutsch lavora presso il Centre for Quantum Computation di Oxford, e il campo che ha fondato sulla carta è diventato un'impresa di ricerca globale sostenuta da miliardi di dollari. Qualunque sia il destino della teoria dei costruttori o dell'interpretazione a molti mondi, l'articolo del 1985 rimane saldo: ha identificato una forma di calcolo che nessuno aveva concepito, ha dimostrato che era implicita nella fisica stessa e ha atteso che gli ingegneri si mettessero al passo. Si stanno ancora mettendo al passo.