Le cose da sapere sull’informatica quantistica

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Tutti i grandi nomi della tecnologia sono al lavoro per costruire computer quantistici, macchine in grado di elaborare grandi quantità di dati a velocità che le architetture PC attuali non potranno mai sperare di raggiungere. La loro straordinaria potenza di elaborazione consentirà a queste macchine di stimolare lo sviluppo di soluzioni rivoluzionarie nel campo della scienza, della medicina, della sanità, dell’ingegneria di processo e altro ancora. Cosa è importante sapere sull’incredibile potenziale del calcolo quantistico?

A cura di Massimo Dino Ceresoli, Head of Global Services Southern Europe di Orange Business Services

Che cos’è l’informatica quantistica?

Anche i più sofisticati dei computer attuali non sono in grado di risolvere alcuni problemi, perché non riescono a gestire i dati al di sopra di una certa complessità e dimensione. In termini molto basilari, ciò significa che non hanno abbastanza potenza di calcolo per alcune operazioni complesse.

I computer quantistici gestiscono i dati in modo diverso. Mentre i computer che usiamo oggi gestiscono i dati sotto forma di “bit binari”, i computer quantistici usano la meccanica quantistica per manipolare i dati sotto forma di bit quantici, chiamati “qubit”.

Questi si basano sulle proprietà fisiche atomiche e subatomiche della materia (sovrapposizione, correlazione e interferenza) per gestire enormi quantità di dati in blocchi molto più grandi e non binari. Mentre il codice binario si trova sempre in uno dei due stati – 0 o 1 – i qubit possono esistere contemporaneamente in due o più stati e le informazioni che gestiscono sono il risultato di ciò che accade quando tutti questi stati vengono sovrapposti (messi insieme).

Il risultato?

Google ha recentemente affermato di aver realizzato un computer quantistico in grado di gestire in soli 200 secondi un’attività che richiederebbe 10.000 anni ai supercomputer più potenti del mondo. IBM, Microsoft, Intel e molti altri nomi stanno lavorando nella stessa direzione. La speranza è che un giorno queste macchine saranno pronte a gestire il rapido aumento delle informazioni generate attraverso il nostro pianeta connesso, identificando relazioni e opportunità che altrimenti resterebbero invisibili.

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La ricerca nel settore si sta intensificando

Anche se la tecnologia non è ancora matura, le implicazioni si faranno sentire in più settori. Pensate ai vantaggi che comporta il fatto che richieste complesse, come la valutazione del rischio di vasti portafogli di investimento, possono essere gestite in poche ore invece che giorni.

C’è un notevole vantaggio in termini di ricerca. Compiti difficili, come la simulazione della ferredossina (utilizzata nei test antidroga) o la ricerca di materiali termoelettrici, dovrebbero essere notevolmente accelerati. Una società di nome Biogen sta costruendo un’applicazione di calcolo quantistico che spera possa accelerare la scoperta di farmaci, mentre nuovi campi, come la biologia sintetica, utilizzano questi computer avanzati per modellare cellule complesse al fine di identificare nuove cure.

Airbus, Mercedes e altri stanno sperimentando la simulazione quantistica per sviluppare di tutto, dai fertilizzanti a basse emissioni di carbonio a batterie e materiali aeronautici più efficienti. Volkswagen ha realizzato un algoritmo quantistico per prevedere i volumi di traffico urbano. Le banche stanno testando come utilizzare questi strumenti per potenziare la gestione finanziaria e sono già iniziati gli esperimenti per vedere come il calcolo quantico potrebbe essere utile ai modelli di apprendimento automatico e all’analisi dei dati – e persino ai sistemi di protezione dei pagamenti.

Comunicazioni quantistiche

Resta da esplorare come i sistemi possono comunicare tra loro in modo sicuro nell’era dell’informatica quantistica. Orange sta lavorando su questo aspetto con l’Université Côte d’Azur, per sviluppare una piattaforma di elaborazione quantistica che protegge le comunicazioni utilizzando un sistema di scambio di chiavi quantistiche. Si basa sul principio della “non clonazione quantistica”, secondo il quale è impossibile costruire una replica esatta di uno stato quantico se non è noto.

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Ciò significa che la complessità dei qubit li rende molto difficili da decifrare in qualsiasi modo convenzionale ed è una proprietà che può aiutare a proteggere gli endpoint in qualsiasi trasmissione. In pratica, il lavoro utilizza una combinazione di fattori, tra cui calcolo quantistico, natura e stato dei fotoni, collegamenti di dati ottici e protocolli di estrazione di chiavi segrete quantistiche.

Un aspetto particolarmente stimolante di questo problema – e un’ottima ragione per prenderlo sul serio – è che i computer quantistici hanno una capacità superiore di rompere le chiavi crittografiche esistenti, come quelle usate nel settore bancario e militare. Per fornire il contesto, un computer di fascia alta, dotato di 1 teraflop di prestazioni, avrebbe bisogno di 300 trilioni di anni per violare la crittografia RSA 2048. Lo stesso calcolo richiederebbe circa 10 secondi su un computer quantistico. Questo è il motivo per cui il lavoro di Orange sulla protezione delle comunicazioni mediante lo scambio di chiavi quantistiche è di vitale importanza.

La capacità dei computer quantistici sia di distruggere sia di proteggere su questa scala ha implicazioni in ogni parte della nostra vita sempre più connessa digitalmente: smart city, Industria 4.0, scambio di dati finanziari, assistenza sanitaria e molto altro.

Disruption digitale su vasta scala

Nonostante questa tecnologia sia così promettente, è importante sottolineare che nessuno ha ancora costruito un computer quantistico funzionante per applicazioni nel mondo reale. Le macchine esistenti supportano un numero limitato di qubit, in parte a causa del materiale incredibilmente fragile. Jim Clarke, direttore di Intel Quantum Computing, ha detto a Scientific American che i computer quantistici in grado di supportare migliaia di qubit non appariranno per almeno dieci anni, anche se le grandi aziende e i governi stanno investendo miliardi nella ricerca.

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Brian Hopkins, analista di Forrester Research, afferma: “Il calcolo quantico sarà significativo quanto l’invenzione della stampa”.

Hopkins sostiene che il fatto che il calcolo quantistico possa risolvere problemi difficili basati su set di dati molto complessi non riguarda solo l’innovazione, ma rappresenta anche un modo per garantire e consolidare il vantaggio competitivo, e avverte che la possibilità di fare investimenti molto significativi può essere essenziale: “La nostra ricerca mostra che le aziende con la capacità di adattarsi e dare impulso all’innovazione con la tecnologia, come i computer quantistici, crescono quattro volte più rapidamente della media del settore”, ha scritto.

Questa nuova fase della trasformazione digitale è in arrivo e, tra qualche anno, i computer quantistici potrebbero offrire enormi vantaggi pratici che sbloccheranno nuove innovazioni in ogni settore. “Entro il 2023, il 20% delle organizzazioni metterà in bilancio progetti di calcolo quantistico, a confronto di meno dell’1% di oggi”, afferma Gartner.