Trasformazione Digitale

Salto quantico: la nuova era dell'informatica

Febbraio 2021

Il quantum computing è una tecnologia dalle enormi potenzialità. Ma restano ancora molti ostacoli da superare per avere applicazioni pratiche.

All'inizio di dicembre, un team di scienziati cinesi ha annunciato di aver progettato un computer quantistico in grado di eseguire calcoli matematici a una velocità miliardi di volte maggiore rispetto al computer tradizionale più avanzato del mondo. Poco più di un anno fa, Google ha annunciato di aver svolto in 200 secondi un calcolo che un computer classico avrebbe svolto in 10 mila anni.

Secondo Roger McKinley, challenge director per le tecnologie quantiche di UK Research and Innovation, i risultati raggiunti dalla società americana sono stati “un punto di svolta”. Dimostrando la fattibilità di alcune applicazioni quantistiche, di fatto Google “giustifica gli investimenti” piovuti sul settore.

Come funziona un computer quantistico

Resta però ancora una grande domanda: quanto è vicino il momento in cui i computer quantistici usciranno dai laboratori per arrivare nel mondo “reale”? Per rispondere, occorre innanzitutto capire che i computer quantistici funzionano in modo completamente diverso rispetto a quelli tradizionali. Questi ultimi sono costituiti da “bit”, l'unità minima di calcolo, nella quale le informazioni vengono codificate in due stati alternativi: zero e uno. I computer quantistici, invece, lavorano sui qubit, che, sfruttando le leggi della meccanica quantistica, possono trovarsi in due stati contemporaneamente.

Lo spazio a disposizione è quindi più complesso e “in continua evoluzione", spiega Chad Rigetti, fondatore di Rigetti, startup che sviluppa circuiti integrati per computer quantistici. L'imprenditore spiega la differenza con una metafora: “Se l'informatica classica prende in considerazione i poli nord e sud, quella quantistica elabora potenzialmente ogni punto del pianeta”. Traducendo queste proprietà in applicazioni pratiche, vuol dire elaborare milioni di calcoli non solo più velocemente ma anche contemporaneamente, consentendo così di arrivare a risultati impossibili (o che richiederebbero molto più tempo) per un computer classico.

Tra difficoltà e prime applicazioni

La teoria non è nuova, ma la strada verso applicazioni concrete è ancora lunga. Sono stati necessari (e lo sono ancora) investimenti enormi. E restano tuttora irrisolti alcuni nodi teorici e tecnici.

Difficoltà e sforzi che però aziende e governi stanno sostenendo perché intravedono un potenziale rivoluzionario. Potrebbe essere possibile elaborare modelli predittivi più complessi, migliorare la capacità di scoprire nuovi materiali, prevedere il meteo con più esattezza, progettare farmaci più efficaci.

Le applicazioni commerciali di oggi sfruttano solo in minima parte queste potenzialità, ma con risultati che fanno ben sperare. Ad esempio, Volkswagen, grazie a D-Wave (una società specializzata in calcolo quantistico) ha individuato processi lavorativi più efficienti, riducendo dell'80% gli sprechi nelle operazioni di verniciatura delle vetture.

Dalla chimica alla finanza

L' industria chimica e dei materiali è uno dei settori che più potrebbe beneficiare del quantum computing. “Una società che produce batterie potrebbe impiegare 18 mesi per progettare e testare un nuovo elettrodo. Grazie alle proprietà del calcolo quantistico, potrebbero bastare due settimane”, afferma McKinley.

La capacità di elaborare modelli sempre più complessi e precisi potrebbe dare nuova forma alla ricerca scientifica, con simulazioni che precedono la sperimentazione. Anche la finanza potrebbe trarre importanti vantaggi. Rigetti, ad esempio, sta sfruttando il quantum computing per migliorare gli algoritmi di apprendimento automatico, con l'obiettivo di migliorare la gestione dei portafogli investimenti.

La banca britannica Standard Chartered partecipa a un consorzio che vale 13,3 milioni di dollari. È stato istituito da Rigetti proprio con l'obiettivo di sviluppare applicazioni quantistiche in ambito finanziario. La mole di dati prodotta dai mercati, d'altronde, è senza precedenti. E continuerà ad aumentare. Servono sistemi capaci di estrarre informazioni utili per i propri investimenti. La banca spagnola Caixa ha invece utilizzato il machine learning quantistico per classificare il rischio di credito.

Il legame tra machine learning (una branca dell'intelligenza artificiale) e il quantum computing potrebbe essere il matrimonio dall'avvenire più roseo. “C'è chi afferma - nota McKinley – che non ci possa essere un vero apprendimento automatico senza quantum compunting”. È vero che ci sono già oggi applicazioni pratiche (ed efficienti) di machine learning. Ma, sostiene McKinley, “abbiamo sottovalutato la sua complessità”.

Le sfide e il ruolo degli Stati

Ci sono ancora grandi ostacoli tecnici da superare. I principali riguardano l'incremento dei qubit e la loro stabilità. Il fatto che i computer quantistici sfruttino particelle subatomiche espone i processi a un margine d'errore più alto. Non è chiaro, inoltre, quale materiale (dal diamante al silicio) prevarrà nella costruzione dei dispositivi. Né ad oggi si può dire con certezza quale sia il più efficiente.

“C'è più di un approccio hardware e gli investitori non sono sicuri di quale sostenere”, conferma McKinley. Non è detto che sia un cattivo segnale: intraprendere ricerche in più direzioni potrebbe essere un vantaggio per il settore. Allo stesso tempo, però, la mancanza di una strada già tracciata potrebbe convincere alcuni investitori a temporeggiare. Ecco perché, oltre ai capitali privati, sarà prezioso il sostegno dei governi. I computer quantistici potrebbero inoltre avere applicazioni strategiche per gli Stati (e di conseguenza un peso geopolitico). “Una volta che un'azienda o un Paese avrà nuove capacità, ci saranno delle implicazioni”, sottolinea McKinley.

Potrebbero (solo per fare alcuni esempi) essere sfruttate nel riconoscimento biometrico, in medicina, nella guida autonoma. Il governo britannico ha investito circa 1 miliardo di sterline nell'informatica quantistica, inclusi 120 milioni di sterline in quattro hub accademici. Secondo McKinley, il Regno Unito potrebbe essere all'avanguardia grazie alla solidità in campi quali ingegneria e fisica. O grazie a un ecosistema delle startup innovativo. Un altro vantaggio potrebbe essere, paradossalmente, l'assenza di grandi gruppi tecnologici. “Non abbiamo possenti querce e non siamo quindi all'ombra di Google o Microsoft”, afferma McKinley. “Così, molta pioggia e sole raggiungono il suolo della foresta”.

La corsa è appena iniziata. E Londra non è certo stata l'unica a muoversi. Gli Stati Uniti hanno recentemente annunciato 1 miliardo di dollari di nuovi finanziamenti per i centri di ricerca sull'intelligenza artificiale e il calcolo quantistico per esplorare una gamma di applicazioni che vanno dall'energia alla fisica. L'Ue ha varato la Quantum Technologies Flagship, un'iniziativa decennale da 1 miliardo di euro. Il Canada ha investito circa 1 miliardo di dollari tra il 2009 e il 2019. E il governo cinese sta costruendo un laboratorio nazionale per l'informatica quantistica, con un investimento da 10 miliardi di dollari. Una cosa è chiara: nessuno vuole rimanere indietro.

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