Post di Antonio Maude per Accademia Politica –

Il computer quantistico, una nota tecnologia emergente che impiega i principi della meccanica quantistica per compiere dei calcoli con prestazioni esponenzialmente superiori, promette progressi significativi in diversi campi. Anche gli investitori tradizionali stanno incominciando a comprendere queste opportunità: i finanziamenti verso le start-up incentrate sulla tecnologia quantistica sono più che raddoppiati dal 2020 a 1,4 miliardi di dollari nel 2021. Con un mercato che dovrebbe raggiungere oltre 90 miliardi di dollari all’anno entro il 2040, l’informatica quantistica ha il potenziale di generare un valore di circa 700 miliardi di dollari già nel 2035.

Perché i computer quantistici sono diversi dai computer tradizionali

I computer quantistici, esattamente come quelli tradizionali, cercano di risolvere dei problemi, ma il modo in cui manipolano i dati per ottenere le risposte è diverso. I due principi cruciali per il funzionamento di computer quantistici sono la superposizione e l’entanglement. La superposizione è la capacità di un oggetto quantistico di esistere simultaneamente in più stati. Nell’informatica classica, i bit devono essere spenti (zero) o accesi (uno). I qubit invece si distinguono per la loro capacità di trovarsi in sovrapposizioni con probabilità variabili manipolate da operazioni quantistiche durante i calcoli.

L’entanglement è il fenomeno per cui le entità quantistiche vengono create e manipolate in modo tale che nessuna di esse possa essere descritta senza fare riferimento alle altre. Le identità individuali si perdono. Un computer quantistico sfrutta l’entanglement tra i qubit e le probabilità associate alle sovrapposizioni per eseguire una serie di operazioni tali da aumentare le probabilità delle risposte giuste. Quando si effettua una misurazione al termine di un calcolo, la probabilità di misurare la risposta corretta deve essere massima. Il modo in cui i computer quantistici sfruttano le probabilità e l’entanglement è ciò che li rende diversi dai computer classici.

Dalla scoperta all’enorme crescita del mercato negli ultimi anni

Originariamente la meccanica quantistica è emersa come branca della fisica all’inizio del 1900 per analizzare la natura sulla scala degli atomi. Nel corso del tempo ha portato a progressi notevoli come i transistor, i laser e la risonanza magnetica. L’idea di fondere la meccanica quantistica e la teoria dell’informazione è nata negli anni Settanta, ma ha suscitato poca attenzione fino al 1982 quando il fisico Richard Feynman ha tenuto una conferenza in cui asseriva che i fenomeni quantistici, come l’esistenza probabilistica delle particelle subatomiche, potessero essere utilizzati per elaborare le informazioni.

Nel 1994, l’interesse per l’informatica quantistica aumentò notevolmente quando il matematico Peter Shor sviluppò un algoritmo in grado di trovare i fattori primi di grandi numeri in un tempo di gran lunga inferiore a quello dei computer classici. Anche se può sembrare una sciocchezza, non si deve sottovalutare l’importanza dell’invenzione di Shor. La sicurezza di quasi tutte le transazioni online oggi si basa su un crittosistema RSA che si basa sull’intrattabilità del problema della fattorizzazione per gli algoritmi classici. E la teoria di base dei computer quantistici, che ha preso forma negli anni ’80 e ’90, guida tuttora Google e altre aziende che lavorano su questa tecnologia.

Big Tech e la finanza guidano il boom dell’informatica quantistica

Dagli anni 90 fino ad oggi, il numero di brevetti per computer quantistici nel mondo è continuato a crescere in modo esponenziale, come mostra lo studio riportato di seguito svolto da Statista. Fra le aziende che hanno investito maggiormente in questo tipo di tecnologia vi sono Google, Microsoft e IBM ma non solo. Questa tecnologia si è guadagnata un posto di rilievo nelle strategie aziendali di grandi società in settori che vanno dalla finanza, come JPMorgan, all’aerospazio, come Airbus. Secondo i dati di Pitchbook, nel 2022 i venture capitalist hanno investito la cifra record di 1,8 miliardi di dollari in aziende che lavorano su hardware o software per l’informatica quantistica in tutto il mondo. Si tratta di una cifra quasi cinque volte superiore a quella investita nel 2019.

I potenziali campi di applicazione dei computer quantistici

Come già accennato, i risvolti pratici dei computer quantistici sono svariati. La maggior parte dei professionisti del settore ritiene che la capacità di calcolo delle soluzioni ai problemi in modo simultaneo anziché sequenziale abbia un enorme potenziale per il machine learning e l’intelligenza artificiale. Queste tecnologie, se utilizzate in combinazione con i computer quantici, possono essere applicate in modo molto più rapido e su grande scala. La seconda maggiore applicazione dei computer quantistici sarà in ambito finanziario. Grazie ad un maggior potere di calcolo, i grandi intermediari finanziari potrebbero utilizzare questa tecnologia per prevedere ancora meglio l’andamento degli investimenti e dei titoli su un campione più ampio. Ciò contribuirebbe a ridurre i rischi, ottimizzare i portafogli e aiutare le società a comprendere meglio le tendenze dell’economia globale.

I computer quantistici e i vantaggi per l’industria

Per quanto riguarda l’utilizzo di computer quantistici in ambito produttivo sicuramente essi possono eseguire prototipi più accurati e realistici. Nel settore manifatturiero, questo potrebbe contribuire a ridurre i costi di prototipazione e a realizzare progetti di migliore qualità in tempi inferiori. Inoltre, i computer quantistici possono creare modelli migliori di interazione tra gli atomi, portando a una comprensione superiore e più precisa della struttura molecolare. Ciò potrebbe avere un impatto diretto sulla ricerca chimica e farmacologica e sul modo in cui vengono sviluppati nuovi prodotti e farmaci. Il potere predittivo dei computer quantistici potrebbe anche fornire previsioni su come i composti chimici e i farmaci si svilupperanno, evolveranno e interagiranno con altri elementi nel corso del tempo.

Come si posizionano l’Italia e l’Europa in questo contesto?

Stando alle stime di Statista la nazione più all’avanguardia dal punto di vista dei computer quantistici in termini di numero di brevetti sono gli Stati Uniti con un totale di 1344 brevetti (37%). Nonostante ciò, molti altri paesi credono in questo nuovo paradigma e stanno investendo molte risorse, tra cui la Cina (20%), il Giappone (12%), l’Europa (10%) e la Corea (4%). La WIPO (World Intellectual Property Organization), agenzia specializzata delle Nazioni Unite, riconosce il valore di questa innovazione e detenere circa il 3% di questi brevetti a livello globale. Anche l’Italia si sta facendo strada e quest’anno finalmente è riuscita a costruire il suo primo computer quantico. Il dispositivo è stato costruito grazie ad una collaborazione tra l’Università Federico II di Napoli e Seeqc, società che ha la sua sede italiana a Napoli. Ed è proprio in questa città che si trova il computer che ad oggi è a tutti gli effetti operativo.

Aspetti negativi da tenere presente

Tuttavia, i computer quantistici comportano numerosi svantaggi. In primo luogo, la sensibilità del sistema alle temperature estreme. Infatti, per funzionare correttamente, il sistema deve essere vicino alla temperatura di zero assoluto, che rappresenta una grande sfida ingegneristica. Un secondo problema è il fatto che, dopo un determinato numero di istruzioni, i qubit producono risultati imprecisi. Inoltre, l’informatica quantistica è molto costosa: un singolo qubit potrebbe costare fino a 10.000 dollari. Infine, i sistemi informatici standard sarebbero sopraffatti dalla potenza di elaborazione dei computer quantistici se venissero usati per scopi malevoli come decriptare i dati più sicuri.

La nuova frontiera

I computer quantistici hanno il potenziale per rivoluzionare il mondo rendendo risolvibili alcuni problemi ad oggi intrattabili. Sebbene nessun computer quantistico sia ancora abbastanza sofisticato da eseguire calcoli che un computer classico non può eseguire, sono in corso grandi progressi. Alcune grandi aziende e piccole start-up dispongono oggi di computer quantistici funzionanti, non corretti da errori, composti da diverse decine di qubit, e alcuni di questi sono persino accessibili al pubblico attraverso il cloud. Inoltre, i simulatori quantistici stanno facendo passi da gigante in campi che vanno dall’energetica molecolare alla fisica. Questi progressi potrebbero rendere possibile la realizzazione di alcuni dei vantaggi e delle intuizioni del calcolo quantistico molto prima di quanto si possa pensare.