Vi spiego perché nel Quantum computing l’Italia ha il suo spazio. Parla Prati (Unimi)

“L’Italia ha spazio e deve crearsi ulteriori ambiti di iniziativa. In questa direzione il sottosegretario Alessio Butti ha annunciato la creazione del Centro Volta che coordinerà lo sviluppo della tecnologia quantistica, e la Italian Quantum Alliance come centro di convergenza dei talenti e delle tecnologie avanzate”. A margine degli Stati generali del Quantum, riuniti ieri a Roma, Enrico Prati, Università di Milano, analizza opportunità, tempi di sviluppo, sfide tecnologiche e il ruolo dell’Italia, dell’Europa e non solo, del Quantum computing.

I computer quantistici potranno risolvere rilevanti problemi sino ad oggi irrisolubili in ambito climatico e nella produzione di farmaci. Puoi spiegare quali sono con esempi semplici?

Ogni giorno abbiamo centri di calcolo che cercano di prevedere rischi meteorologici in modo accurato, identificare nuovi farmaci, che richiedono calcoli che possono durare ore, settimane e anche mesi. Grazie a nuovi algoritmi che si possono eseguire solo su un computer quantistico, sarà possibile ridurre drasticamente questi tempi, incrementando la sicurezza, le opportunità di salute, la medicina personalizzata per tutti gli individui.

Quanti anni serviranno per mettere in pratica e poter utilizzare i risultati delle vostre ricerche?

Ci sono applicazioni che potrebbero essere pronte in pochi anni, che potrebbero essere le simulazioni di composti chimici, mentre altre ne richiederanno di più, come i calcoli per la crittografia. Tuttavia questo non deve essere un freno, come avviene per le missioni spaziali che possono durare anni, bensì uno stimolo a una attenta pianificazione. Forse non è un caso che tra i principali finanziatori dei miei progetti di quantum computing spiccano l’Agenzia Spaziale Italiana e l’European Space Agency.

Quali sono ancora gli ostacoli da superare?

Alcuni problemi sono stati superati, come la manipolazione di atomi e fotoni per scrivere i dati e calcolarli, mentre altri sono in corso di sviluppo, come la creazione di memorie quantistiche, mettere migliaia di qubit nello stesso chip quantistico, accoppiare qubit distanti perché si parlino. Le Università e le imprese ci stanno lavorando, anche in Italia con importanti eccellenze.

Quali sono le differenze nelle prestazioni tra i computer quantistici e i computer digitali?

Ne ho accennato nella prima risposta, soprattutto una drastica riduzione dei tempi di calcolo, un enorme vantaggio per le ricerche più avanzate e complesse, a partire dalle nuove frontiere della medicina.

A che punto è la competizione tra Usa e Cina in questo settore?

Gli Stati Uniti sono partiti prima, già nel 2004 con una roadmap per i computer quantistici e le comunicazioni quantistiche. Darpa negli anni ha coordinato le fasi di sviluppo (QBI program) fino allo stato attuale dove alcune aziende sono arrivate alla fase più avanzata del benchmarking, tra cui IBM, IonQ, Atomi Computing e Xanadu. La Cina ha progredito di più nell ambito delle comunicazioni quantistiche, sia nel segmento di terra che in quello spazio, ma ha sviluppato anche importanti esempi di computer quantistici basati su fotoni e superconduttori.

C’è spazio per l’Italia e altri Paesi europei?

L’Italia ha spazio e deve crearsi ulteriori ambiti di iniziativa. In questa direzione il sottosegretario Alessio Butti ha annunciato la creazione di questi ulteriori spazi, come il Centro Volta che coordinerà lo sviluppo della tecnologia quantistica, e la Italian Quantum Alliance come centro di convergenza dei talenti e delle tecnologie avanzate. L’Europa è un ecosistema che si è dotato di una Strategia coordinata, con Paesi che hanno investito anche un miliardo di euro sulla propria Strategia Nazionale, e che facilita partnership che potenzieranno le possibilità dell’industria nazionale. È necessario cooperare data la vastità dei temi in gioco.

Quali problemi di sicurezza pongono i nuovi sistemi quantistici di calcolo e di comunicazione?

L’algoritmo di Shor ha reso possibile pensare di violare i codici di cifratura a chiave asimmetrica e potrebbe mette in discussione anche i metodi di crittografia post quantum. La comunicazione quantistica potrebbe risolvere questo problema ma richiederà processi evoluti di certificazione. Il calcolo quantistico consente inoltre di potenziare l’intelligenza artificiale, che già da sola costituisce una leva in chiave geopolitica. Le tecnologie quantistiche in realtà possono risolvere problemi di sicurezza integrando sensori quantistici, comunicazioni quantistiche e i computer quantiatici.

Un altro aspetto critico riguarda il consumo energetico. A che punto siamo?

Pochi sanno che il computer quantistico è stato concepito nel 1980 con la speranza di abbattere il consumo nei processori. Ora c’è un ritorno a questa visione, perché insieme al beneficio scoperto successivamente, nel 1992, che si può abbreviare il tempo di calcolo, vi è anche – in mancanza di un algoritmo opportuno per tale accelerazione – anche quello di poter svolgere i calcoli a un consumo energetico molto inferiore.

Quali sono i progetti in cui siete attualmente impegnati?

Il Quantum Intelligence Lab del Dipartimento di Fisica dell’Università di Milano sta sviluppando applicazioni dei computer quantistici per lo Spazio, per energia, per l’intelligenza artificiale quantistica, per i sistemi operativi dei computer quantistici, anche in collaborazione con le due maggiori aziende italiane, Eni e Leonardo. Inoltre in collaborazione con il prof. Cialdi del Laboratorio di Ottica quantistica stiamo realizzando un computer quantistico basato sui fotoni, finanziato da INFN e dal Centro Nazionale HPC Quantum e che sarà ulteriormente sviluppato grazie all Agenzia Spaziale Italiana.