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Quantum computing: il computer quantistico cambierà l’informatica del futuro?

Alle soglie degli anni Venti del XXI secolo le grandi realtà del settore high-tech stanno cercando soluzioni innovative applicate a molti ambiti della nostra quotidianità, dalle scienze alla finanza, dalla cybersicurezza alla logistica. Considerata la velocità e l’impatto dell’evoluzione corrente, è difficile immaginare quali saranno le tecnologie del futuro. Possiamo però già intuire il ruolo importante che il quantum computing e il computer quantistico (QC) avranno all’interno di questo percorso in continuo divenire, anche in relazione al perfezionamento progressivo dell’intelligenza artificiale. Anche l'Europa si sta organizzando con un progetto di crittografia, in cui l'Italia gioca un ruolo determinante.

Quale sarà l'informatica del futuro? Quali saranno i settori più competitivi nel prossimo futuro tecnologico? Quando e dove nascerà la prossima generazione di supercomputer? In quali ambiti questi potranno essere utilizzati? Come evolverà l’intelligenza artificiale? Una risposta a queste domande arriva direttamente da un “guru” del mondo della tecnologia, Satya Nadella, CEO di Microsoft, che recentemente ha affermato: “Una delle tre tecnologie emergenti che andranno a cambiare e modificare radicalmente il mondo, insieme all'intelligenza artificiale e alla realtà aumentata, sarà l'informatica quantistica”*.

Che cosa è il Quantum Computing o calcolo quantistico?

Per comprendere pienamente cosa sia il quantum computing e la sua portata rivoluzionaria, occorre partire da un’altra domanda: cosa è il calcolo quantistico e quali sono le sue potenzialità? Il quantum computing è in grado di sfruttare la capacità unica delle particelle subatomiche di esistere in più di uno stato alla volta. Consente quindi di effettuare il calcolo parallelo, ovvero di trovare più soluzioni ad un singolo problema, anziché svolgere calcoli sequenziali come nel computing classico.

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I recenti sviluppi in matematica, informatica, fisica e ingegneria hanno portato alla creazione del computer quantistico, definito anche “QC” (quantum computer), uno strumento così innovativo e rivoluzionario da rappresentare una seria “minaccia” per i computer classici utilizzati ogni giorno a livello globale. Perché il computer quantistico o QC è così fondamentale nel 2020?

La guerra dei computer

Sicuramente il quantum computing potrebbe essere in grado di ridurre il rischio di errore, migliorando tutti i settori nei quali troverà applicazione e creando previsioni nei più diversi settori in modo molto più veloce e dettagliato di un computer classico. Proprio per questo motivo nei “piani alti” che guidano l’evoluzione tecnologica globale si parla di “guerra dei computer”, una vera e propria corsa per creare il nuovo supercomputer per antonomasia.

Cos'è il computer quantistico?

Un supercomputer come il computer quantistico sfrutta alcune tra le proprietà più bizzarre e controintuitive della meccanica quantistica, il tutto per ottenere una potenza di calcolo di gran lunga superiore rispetto a quella di un computer classico.

Se vogliamo cercare di spiegare questo sistema dobbiamo partire dalla base. L'informatica classica, o meglio la programmazione binaria classica, ci insegna che l'unità minima di informazione è il bit, un’entità binaria che può assumere quindi solo due valori 0 (zero/off) e 1 (uno/on) a seconda del passaggio o meno di corrente. I processori usati nel quantum computing invece, i cosiddetti qubit, sono particelle subatomiche come fotoni o elettroni, che possono immagazzinare molte più informazioni.

“I processori tradizionali”, spiega Tommaso Calarco, direttore del Jara-Institute Quantum Information e presidente dello European Quantum Flagship Network, “ammettono solo due stati, lo zero e l’uno, legati al passaggio o al non-passaggio di corrente. Nei processori quantistici, invece, ogni singolo elettrone trasporta un’informazione, il che amplifica enormemente la potenza di calcolo”. Perché la lotta è tutta qui, nella velocità di calcolo e nelle correlazioni profonde tra i dati.

Quantum computing vs programmazione binaria

Come abbiamo detto nella programmazione binaria classica ogni bit può presentarsi alternativamente nei valori di 0 o 1. Nei computer quantistici – che seguendo le leggi della meccanica quantistica postula il principio di sovrapposizione, secondo cui una particella subatomica può trovarsi in due o più stati contemporaneamente, come dicevamo la proprietà è bizzarra e sicuramente poco intuitiva – ogni bit quantistico può presentarsi non solo come 0 oppure 1, ma anche in entrambi gli stati allo stesso tempo e addirittura in tutti i suoi valori intermedi contemporaneamente. Questa è la vera importanza del quantum computing: il qubit permette di parallelizzare i calcoli, cioè di svolgere moltissime operazioni contemporaneamente e quindi di aumentare enormemente la velocità di calcolo.

Computer quantistico: le applicazioni già usate oggi

Al di là delle sperimentazioni che restano in laboratorio, il quantum computing esiste. Un studio di Reply ha individuato i settori in cui si sta sviluppando il maggior numero di applicazioni: informatica, servizi finanziari, logistica e trasporti, cybersecurity. Infatti data la velocità di calcolo e la capacità di eseguire e correlare tutte le operazioni in modo rapido il computer quantico potrà portare enormi vantaggi nella scienza meteorologica, nella matematica, nell'economia, nelle medicine, nella logistica, nella sicurezza informatica e nella fisica.

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Quantum computing e intelligenza artificiale

Se siamo stati terrorizzati da Al, il super computer di 2001 Odissea nello spazio, dovremmo presto abituarci a ragionare con macchine altamente intelligenti. Il machine learning (l’algoritmo di apprendimento alla base dell’intelligenza artificiale) ha bisogno di analizzare migliaia di dati e addestrarsi per settimane allo scopo di imparare (soprattutto in aree come la face recognition o nel voice recognition). Il computer quantistico renderà la fase di addestramento più veloce e migliorerà le previsioni.

Non solo, potrebbe essere lo strumento che consentirà all'intelligenza artificiale di compiere il prossimo salto evolutivo. Secondo lo sviluppatore Tim Lynch, infatti, la capacità delle AI di tradurre da una lingua all’altra e di sostenere una conversazione con gli esseri umani (compiti molto difficili da assolvere per gli algoritmi di machine learning) progrediranno rapidamente grazie alla tecnologia quantistica, così come migliorerà la capacità delle intelligenze artificiali di generalizzare o astrarre concetti (abilità oggi, che solo gli esseri umani posseggono). Grazie a questa innovazione potremo avvicinarci all’intelligenza artificiale di livello umano.

Cybersicurezza: le nuove frontiere in QBIT

Nel settore della cybersicurezza, i computer quantistici saranno tanto una potenzialità quanto una possibile minaccia. Infatti con l'avvento del computer quantico qualsiasi sistema odierno di crittografia diventerà obsoleto. La maggior parte dei sistemi di sicurezza si basa sul fatto che, per decrittare i codici cifrati, i computer devono lavorare per molto tempo. Questo, però, non varrà per i computer quantistici, che potranno rapidamente oltrepassare ogni protezione, allo stesso tempo permetteranno di sviluppare nuove forme di crittografia e protezione dei dati sensibili.

Di qui la corsa allo sviluppo di una nuova crittografia quantistica, basata su misure sofisticate come la distribuzione di chiavi quantiche, algoritmi a sicurezza quantistica e generatori di numeri casuali quantici. La quantum cybersecurity sarà la base delle reti di comunicazione quantistica, abbinando alla potenza e velocità anche la sicurezza. La battaglia tra hacker ed esperti di cybersicurezza, insomma, è destinata a una continua lotta.

Economia e Finanza avvantaggiate dal Quantum Computing

La finanza e l'economia sono tra i settori che maggiormente si attendono un forte sviluppo dal quantum computing. Il calcolo quantistico all'interno dei servizi finanziari potrebbe essere realizzato in congiunzione con algoritmi di apprendimento automatico mediante Intelligenza Artificiale (AI). Queste due tecnologie faranno in modo che le connessioni costanti avanzino e si abituino a prevedere le attività future con una precisione sempre maggiore.

Nei servizi finanziari il calcolo quantistico potrebbe così essere utilizzato, tra l’altro, ai fini del rilevamento di instabilità dei mercati, per lo sviluppo di strategie di trading, simulazioni di mercato, ottimizzazione dei portafogli, previsioni finanziarie e riconoscimento di attività fraudolente riconoscendo tali modelli di comportamento a un ritmo molto più veloce.

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Computer quantistico e Logistica

Nella supply chain e trasporti sono molti i progetti che sfruttano le potenzialità del quantum computing per la gestione del traffico, i veicoli a guida autonoma, l’ottimizzazione della rete di ricarica elettrica.

Quantum Computing e informatica del futuro: scende in campo l’Europa

L'Europa non è rimasta a guardare e in particolare nel campo della crittografia quantistica ha avviato il progetto pilota OpenQkd (Open European quantum key distribution testbed), che installerà un’infrastruttura di test per le comunicazioni quantistiche nei paesi europei. Questa infrastruttura incorpora la Qkd (Quantum key distribution o distribuzione quantistica di chiavi crittografiche), una forma di cifratura basata sulla trasmissione di segnali ottici e non radio e per questo inviolabile anche ai computer quantistici. L’obiettivo del progetto europeo è potenziare la sicurezza dello scambio di informazioni in settori di rilevanza critica, a partire dalle telecomunicazioni, sanità e servizi pubblici. Il progetto è coordinato dall’AIT (Austrian Institute of Technology) e coinvolge un team interdisciplinare di 13 Paesi europei.

L’Italia partecipa al progetto con il gruppo di ricerca QuantumFuture del Dipartimento di Ingegneria dell’informazione dell’Università di Padova.


*Nomura, “What will be the role of quantum computing in the future of finance?”, https://www.nomuraconnects.com/focused-thinking-posts/what-will-be-the-role-of-quantum-computing-in-the-future-of-finance.

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