I supercomputer possono risolvere grandi problemi, ma alcune sfide rimangono fuori dalla loro portata: uno dei limiti è la memoria, insufficiente a contenere le molteplici combinazioni di un problema. Devono analizzare ogni combinazione in sequenza, il che richiede tempo. Dato che ci sono oltre tre milioni di modi per far sedere dieci persone a un tavolo da pranzo, pensate a quante combinazioni vanno elaborate perché un’azienda di logistica che consegna in 150 città possa capire i migliori tragitti per ridurre i costi del carburante. Risolvere i problemi più complessi richiede nuovi modelli computazionali che, secondo alcuni, arriveranno grazie ai computer quantistici
A cura di Pierfrancesco Bufano, Senior Pre-Sales Solution Architect di Orange Business Services Southern & Central Europe
Cosa sono i computer quantistici?
I computer quantistici funzionano in modo diverso dai computer convenzionali. Mentre questi ultimi sono binari e memorizzano informazioni sotto forma di 0 e 1, i computer quantistici utilizzano un sistema di misurazione, basato sulla fisica quantistica e sulla natura della materia stessa, chiamato qubit. I qubit, termine derivante dalla contrazione di quantum, particelle subatomiche, e bit possono essere zero, uno o una combinazione lineare di entrambi chiamata “superposition” (ovvero sovrapposizione).
I qubit possono, così, memorizzare contemporaneamente molte più informazioni in uno spazio fisico di memoria molto inferiore rispetto alle macchine binarie. Ad esempio, 8 bit su sistemi binari rappresenteranno qualsiasi numero compreso tra 0 e 256, mentre 8 qubit possono rappresentare tutti quei numeri contemporaneamente.
Questa spiegazione è la massima semplificazione di una tecnologia rivoluzionaria ed estremamente complessa. Nel breve i computer quantistici saranno in grado di elaborare problemi su set di dati molto più grandi rispetto alla tecnologia convenzionale. Abiliteranno, così, l’analisi e la memorizzazione di quantità di dati ad oggi impensabili.
Secondo i ricercatori di GlobalData, i computer quantistici possono, potenzialmente, elaborare una soluzione tenendo conto di tutti i percorsi allo stesso tempo – al contrario di un computer classico che deve, essenzialmente, provare ogni percorso prima di decidere quale sia il migliore. Nel 2019, Google ha dimostrato come un computer quantistico possa risolvere in pochi minuti un problema che terrebbe impegnati i computer convenzionali per 10.000 anni.
Le tecnologia è ancora in una fase embrionale e, sebbene Google, IBM, Microsoft, PsiQuantum e varie startup stiano sviluppando tecnologie di calcolo quantistico, queste soluzioni risultano ancora costose e affette da decoerenza quantistica (anche nota come “desincronizzazione della funzione d’onda”), richiedono la correzione degli errori e non superano un certo limite si scalabilità, tipicamente 50 o 60 qubit. I progressi non dovrebbero, però, farsi attendere: IBM ha annunciato il debutto del suo processore Quantum Eagle da 127 qubit ed ha anticipato che che introdurrà sistemi a oltre 1.000 qubit entro il 2023.
La tecnologia si avvicina, quindi, a diventare sufficientemente matura per affrontare le sfide del mondo reale.
Cosa significherà questo per le imprese?
I miglioramenti della tecnologia introdurranno nuove applicazioni nel mondo reale. Il Boston Consulting Group (BCG), di recente, ha previsto che il calcolo quantistico genererà fino a $850 miliardi di valore economico entro il 2050.
“I progressi e i piani operativi delle principali aziende di hardware come IBM, Google, Honeywell, IonQ, PsiQuantum hanno rafforzato la convinzione che avremo macchine abbastanza potenti per affrontare importanti problemi a livello di business e di società entro la fine di questo decennio. Le aziende e i governi interessati dovrebbero farsi trovare pronti perché la nuova tecnologia sta progredendo molto rapidamente”, ha affermato Jean-Francois Bobier, partner BCG.
Come la tecnologia creerà valore
Bobier ritiene che l’uso di computer quantistici per eseguire vaste simulazioni andrà a beneficio della ricerca medica e farmaceutica, della progettazione delle batterie e della fluidodinamica: “Per una azienda farmaceutica con un budget di Ricerca & Sviluppo nell’ordine di 10 miliardi di dollari, il calcolo quantistico potrebbe aumentare l’efficienza sino al 30%”, afferma BCG. La ricerca potrebbe spingersi verso nuove frontiere: i ricercatori di Google in collaborazione con i fisici di Stanford, Princeton e altre università affermano di aver utilizzato il computer quantistico di Google per simulare un “cristallo temporale”, una nuova “fase della materia”, teorizzata, da anni, da alcuni ricercatori, che elude la seconda legge della termodinamica.
Questi sistemi possono, ad esempio, consentire alle imprese di ottimizzare la logistica, e agli assicuratori di gestire meglio i rischi. I progressi dell’apprendimento automatico possono aiutare a difenderci (o allo stesso modo ad abilitare) cyber crimine e frodi online o diventare la mente dei veicoli a guida autonoma. Gli usi militari possono includere radar, comunicazioni altamente sicure a lunghissima distanza e sistemi di rilevamento sottomarini come quelli in via di sviluppo in Cina.
Molte istituzioni finanziarie, tra cui JP Morgan, Goldman Sachs e Wells Fargo, stanno esplorando come applicare la tecnologia a strumenti finanziari. Un rapporto di Goldman Sachs dell’aprile 2021 ha mostrato che l’analisi del rischio potrebbe diventare fino a 1000 volte più veloce rispetto a oggi, ma, allo stesso tempo, ha messo in guardia dagli alti tassi di errore attuali. Si prevede che un computer quantistico in grado di eseguire con successo questo genere di test sarà disponibile tra 10-20 anni.
La maggior parte dei report sull’informatica quantistica mette in evidenza casi d’uso legati alla encryption. La sicurezza degli algoritmi di encryption è legata al tempo che una adeguata potenza computazionale impiegherebbe per decriptare un’informazione cifrata. I computer quantistici dovrebbero essere in grado di violare gli attuali algoritmi di crittografia ma, d’altro canto, dovrebbero anche consentire lo sviluppo di standard di crittografia più complessi e sicuri. La rete europea di comunicazione quantistica EuroQCI sta sviluppando una infrastruttura di comunicazione ultra-sicura, a livello UE, per proteggere i sistemi critici. In Francia, il presidente Emmanuel Macron ha annunciato un’iniziativa di nome “Piano Quantistico Europeo” da 1,8 miliardi di euro per sostenere la ricerca e lo sviluppo delle tecnologie quantistiche. La Francia non è sola: Cina, Stati Uniti, Regno Unito e molte altre nazioni stanno investendo miliardi in quella che sta diventando una corsa agli armamenti per la supremazia tecnologica nell’ambito dell’informatica quantistica.
Secondo un rapporto di BCG, i computer quantistici potrebbero anche contribuire alla lotta contro il cambiamento climatico. A differenza dei computer esistenti, sono in grado di sviluppare modelli di interazioni molecolari complessi e così consentire ai ricercatori di progettare soluzioni tecnologiche innovative che riducano le emissioni nelle industrie ad alta intensità di carbonio come l’edilizia, la produzione di fertilizzanti e i trasporti. “Il calcolo quantistico potrebbe rendere economicamente sostenibili tecnologie a basse emissioni di carbonio”, afferma BCG. “È nell’interesse dei governi e delle aziende far avanzare rapidamente queste sperimentazioni, ne va del nostro futuro”.
Nel luglio scorso, Oxford Quantum Circuits ha lanciato la prima piattaforma di calcolo quantistico as-a-service (QaaS) del Regno Unito. I clienti possono accedere a queste macchine tramite il cloud. “I primi utenti avranno il vantaggio di capire cosa la tecnologia quantistica possa significare per il mercato e per il loro business”, ha affermato Ilana Wisby. Anche IBM e altri grandi brand supportano l’accesso online alle risorse di calcolo quantistico.
Un computer quantistico commerciale da 50 qubit costa circa 15 milioni di dollari, per non parlare dei costi di gestione e manutenzione. Proprio il costo e l’elevato numero di errori dei sistemi quantistici ne limiteranno, ancora per qualche tempo, l’adozione. Per questo, le piattaforme QaaS possono svolgere un ruolo importante nel rendere più largamente fruibili i benefici di queste macchine.
