Il futuro del Quantum Computing: la ricerca, le applicazioni, gli scenari

I computer quantistici sono progettati per eseguire attività in modo molto più accurato ed efficiente rispetto ai computer convenzionali, fornendo agli sviluppatori un nuovo strumento per applicazioni specifiche.

L’informatica quantistica e l’intelligenza artificiale sono entrambe tecnologie di trasformazione e quest’ultima ha bisogno del calcolo quantistico per ottenere progressi significativi. Sebbene l’IA produca applicazioni funzionali con i computer classici, è limitata dalle capacità computazionali degli stessi.

L’informatica quantistica può fornire una spinta computazionale all’intelligenza artificiale, consentendole di affrontare problemi più complessi in molti ambiti applicativi. Oggi, infatti, gli ambiti di impiego dell’intelligenza artificiale quantistica sono davvero numerosi e spaziano dalla salute all’aerospazio, dall’ottimizzazione dei processi industriali alla sicurezza, dal riconoscimento di immagini alla Quantum Finance.

Il mercato di riferimento raggiungerà i 2,2 miliardi di dollari ed entro il 2026 il numero di computer quantistici installati saranno circa 180.

Il Quantum Computing è un tema ancora sconosciuto per la maggior parte delle aziende del nostro Paese, e ancora meno sono le aziende che riservano i loro fondi per lo sviluppo di questa nuova tecnologia. Negli ultimi anni, però, questo trend si sta lentamente invertendo; la sperimentazione, infatti, non riguarda più solo la ricerca ma anche il settore industriale.

Si è iniziato ad investire sia nel campo del Pubblico, con i 320 milioni di euro stanziati per l’ICSC (Centro Nazionale di Ricerca in High Performance Computing, Big Data e Quantum Computing), una delle 5 strutture per le tecnologie di frontiera previste dal PNRR e sia nelle imprese private, anche se per ora si tratta ancora di sperimentazioni di pochi pionieri: il 50% delle aziende italiane infatti non conosce il tema, e solo il 14% ha già avviato valutazioni e progetti.

L’attenzione verso i computer quantistici è, quindi, davvero molto alta. Le principali aziende informatiche mondiali, infatti, come Google, Microsoft ed IBM stanno investendo importanti quote in attività di ricerca e sviluppo poiché questi sistemi di calcolo super veloci e super potenti possono davvero aprire scenari interessanti per il prossimo futuro dell’umanità.

Pertanto, il QC è il campo delle Quantum Technologies che potrebbe avere il maggior impatto sulla società odierna. I computer quantistici permetteranno di trovare soluzioni nuove e migliori a problemi complessi: dalla medicina personalizzata, all’ottimizzazione nella logistica e nei trasporti ed, infine, nell’artificial intelligence.

La futura prosperità dei paesi di tutto il mondo dipenderà anche dalla padronanza delle nuove tecnologie, il cui potenziale dirompente avrà un impatto sulla società e sull’economia nel suo insieme.

Proprio in considerazione dell’importanza delle nuove tecnologie per lo sviluppo e la competitività dell’Europa a livello internazionale, la Commissione Europea ha dato vita a diverse iniziative che sostengono la ricerca di nuove e potenti, ma soprattutto efficienti, risorse a supporto della ricerca.

In questo contesto, è ormai ampiamente riconosciuto che le Quantum Technologies svolgeranno un ruolo cruciale, consentendo ai ricercatori di affrontare progetti troppo complessi o addirittura impossibili da risolvere oggi.

Il PNRR prevede la creazione di Centri Nazionali su alcune Key Enabling Technologies, tra cui proprio quella del Quantum Computing. La struttura dei centri dovrà essere del tipo “hub and spoke”, con le funzioni amministrative centralizzate e quelle di ricerca parzialmente decentralizzate, secondo le competenze delle istituzioni di ricerca parti del consorzio.

Gli elementi essenziali di ogni centro nazionale saranno: la creazione ed il rinnovamento di rilevanti strutture di ricerca, il coinvolgimento di soggetti privati nella realizzazione e attuazione dei progetti di ricerca, ed infine, il supporto alle Start-up ed alla generazione di spin off.

Alla luce degli attuali delicati equilibri geopolitici mondiali, è interessante notare come anche il Quantum Computing rappresenti un terreno su cui Stati Uniti e Cina si contendono la leadership. Gli Stati Uniti hanno infatti stanziato $1.2 miliardi di fondi per lo sviluppo dell’informatica quantistica e la creazione di 5 hub di ricerca, dove collaborano scienziati e corporation del calibro di IBM e Google, che grazie a ingenti investimenti stanno raggiungendo importanti risultati.

La Cina ha, invece, reso il Quantum Computing una priorità strategica nazionale, investendo $10 miliardi per la realizzazione di un laboratorio dedicato all’informatica quantistica. Allo stesso tempo, le aziende cinesi non si stanno facendo trovare impreparate con realtà come Alibaba, Baidu e Tencent che hanno lanciato programmi volti ad esplorare ed approfondire le potenzialità del Quantum Computing.

Anche l’Italia, attraverso l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, sta attivamente collaborando con gli Stati Uniti, mentre i governi di Germania, Francia e Regno Unito, con il sostegno di aziende private, hanno stanziato fondi per la creazione di programmi di ricerca con l’obiettivo di avere un ruolo di primo piano a livello mondiale.

Nell’immaginario collettivo, il Quantum Computing è stato per molti anni relegato alla fantascienza, ma grazie ai recenti sviluppi nelle tecnologie ed ai cospicui investimenti da parte dei principali player, si iniziano a vedere progressi in questo ambito. Nella realtà sempre più ibrida in cui viviamo, con interazioni sia in presenza che da remoto, il quantum computing, giocherà un ruolo sempre più importante nelle tematiche legate alla sicurezza dei dati e delle informazioni scambiate.

Parallelamente, si fa sempre più urgente la necessità per le aziende di affrontare le implicazioni degli sviluppi del Quantum Computing per arrivare pronti ad un futuro post-quantistico. Oggi tutte le organizzazioni, tanto pubbliche quanto private, hanno l’urgenza di prepararsi ad affrontare questa rivoluzione ed imparare a proteggere i loro asset più preziosi.

La comunicazione, infatti, ha acquisito trasversalmente un ruolo sempre più centrale nella vita di ognuno di noi e, nell’era di Internet, miliardi di informazioni sono in circolazione sulla rete. Per questi motivi si è reso ancora più necessario lo sviluppo di sofisticati sistemi capaci di garantire un elevato livello di confidenzialità di alcuni di questi dati.

Da qualche anno si parla molto dei sistemi di Quantum Key Distribution (QKD) come sistemi di cifratura inattaccabili o infrangibili. La Quantum Key Distribution ha impiegato quasi 40 anni per evolversi, tuttavia, ora è una delle principali aree di competizione tecnologica fra le nazioni, oltre al 5G.

In questo contesto emerge la crittografia quantistica (QKD), la quale basa la propria sicurezza sulle leggi fondamentali della meccanica quantistica. Tale tecnologia garantisce, dunque, la sicurezza delle comunicazioni sia contro attacchi classici che contro attacchi quantistici.

Parallelamente alla QKD nell’ambito della Smart Road, Netgroup sta realizzando, insieme ad altri partner, una piattaforma per la gestione della mobilità e per lo sviluppo di nuovi ed innovativi sistemi di trasporto intelligenti, con l’obiettivo di garantire al contempo un’elevata sicurezza delle comunicazioni mediante l’utilizzo di crittografia quantistica, la quale permette di identificare eventuali intercettazioni nel canale di comunicazione.

Nei prossimi anni molti settori ed industrie saranno influenzati dai computer quantistici e dalle soluzioni commerciali. Uno di questi settori è quello finanziario, che è già consapevole delle possibilità future dell’informatica quantistica. Gli analisti finanziari utilizzano spesso modelli di calcolo quantistico che includono probabilità ed ipotesi sull’andamento dei mercati.

L’assistenza sanitaria, la genetica, la farmaceutica, la sostenibilità, i trasporti e la sicurezza informatica sono gli altri beneficiari immediati dell’informatica quantistica.

Il settore automotive, ad esempio, può trarre vantaggio dal Quantum Computing nella progettazione, nella gestione della catena di fornitura, nella produzione e nella gestione della mobilità e del traffico. La tecnologia potrebbe essere applicata per ridurre i costi legati al processo di produzione.

Sebbene l’IA quantistica sia una tecnologia emergente, i progressi dell’informatica quantistica stanno aumentando il potenziale dell’IA quantistica. Nei prossimi anni, il settore dell’informatica quantistica raggiungerà i 2,2 miliardi di dollari, con il QCaaS (Quantum Computing as a Service) che rappresenterà il 75% di tutte le vendite di informatica quantistica.

Il Quantum Computing, però, potrebbe riservare le svolte più importanti nel campo del ML e dell’IA. In particolare, alcuni algoritmi sono stati sviluppati per risolvere i seguenti problemi nel mondo della finanza: l’ottimizzazione del portafoglio, le opportunità di arbitraggio, l’analisi dei crash finanziari, le regressioni, le clusterizzazioni, le reti neurali ed il Deep Learning.

Nonostante siamo ancora lontani da reali applicazioni pratiche, il Quantum Computing sembra, in alcuni casi specifici, davvero promettente.