Il quantum computing sta ridisegnando i confini della computazione tradizionale, offrendo la possibilità di risolvere problemi complessi, attualmente inaccessibili per i computer tradizionali, a una velocità e su una scala finora impensabili, aprendo le porte a soluzioni sempre più innovative.
Per quanto si tratti di una tecnologia ancora non ampiamente diffusa e disponibile, negli ultimi anni, il quantum computing ha catturato l’attenzione di molte aziende e istituti di ricerca impegnati nello sviluppo di hardware quantistico sempre più potente e affidabile e algoritmi e software specifici per l’esplorazione del suo potenziale in una vasta gamma di settori.
Il quantum computing sfrutta i principi della meccanica quantistica per elaborare i dati rappresentati dal qubit, l’analogo quantistico del bit binario.
Grazie all’uso dei qubit, è stato dimostrato che i computer quantistici sono in grado di eseguire determinati problemi ad una velocità esponenziale rispetto ai computer classici che, usando i tradizionali bit, impiegherebbero mesi se non addirittura anni per giungere ad una soluzione.
Questa caratteristica li rende particolarmente efficaci per compiti quali l’ottimizzazione, la simulazione e la crittografia in settori chiave come quello finanziario, logistico, energetico, medico-farmaceutico e chimico. Nell’ultimo decennio, i progressi del quantum computing sono stati significativi e le stime circa una sua applicabilità in ambiti di produzione reali sono sempre più ravvicinate, per cui è opportuno non farsi cogliere impreparati, monitorandone gli sviluppi per le possibili implicazioni pratiche.
Se per decenni i computer digitali hanno reso più semplice l’elaborazione delle informazioni, i computer quantistici promettono di portare l'informatica a un livello decisamente superiore, rappresentando un approccio completamente nuovo all'informatica.
Il quantum computing ha il potenziale per risolvere problemi statistici molto complessi che vanno oltre i limiti dei computer, tanto che McKinsey (https://www.mckinsey.com/capabilities/mckinsey-digital/our-insights/the-top-trends-in-tech) lo ha identificato come una tendenze tecnologiche più promettenti per il futuro.
L’analisi “Quantum Technology Monitor 2023” (https://www.mckinsey.com/capabilities/mckinsey-digital/our-insights/quantum-technology-sees-record-investments-progress-on-talent-gap) mostra che i quattro settori che probabilmente vedranno il primo impatto economico dall’informatica quantistica – automobilistico, chimico, servizi finanziari e scienze della vita – potrebbero potenzialmente guadagnare fino a 1,3 trilioni di dollari entro il 2035.
Ma come funziona questa tecnologia? L’informatica tradizionale, la tecnologia con cui sono realizzati i nostri computer e smartphone, si basa sul sistema binario, per il quale il bit esprime uno stato “1” o “0”. A differenza del bit, il qubit, l’unità di informazione quantistica, sfrutta le proprietà fisiche della materia rilevanti su scala microscopica, alla quale le particelle cessano di avere uno stato determinato come per gli oggetti macroscopici.
In base al principio di sovrapposizione, i qubit sono in grado di rappresentare sia 1 che 0 allo stesso tempo e tutte le diverse combinazioni. In generale, questo significa che con n qubit è possibile rappresentare 2n possibili stati, contro n stati dei bit classici, consentendo calcoli più complessi e potenzialmente molto più veloci per problemi specifici.
Questo perché, oltre alla sovrapposizione quantistica, le particelle mostrano anche un’altra proprietà, la correlazione quantistica non-locale (“entanglement”, interazione fra qubit distinti).
In pratica, gli algoritmi quantistici si basano sull’applicazione di queste due proprietà fondamentali della materia a fini di calcolo per risolvere problemi complessi, inaffrontabili con l’informatica classica. Dalla teoria alla pratica, negli anni, la sfida dell’ingegneria ha riguardato la costruzione dei calcolatori quantistici, perché proprio quelle stesse proprietà quantistiche che garantiscono un vantaggio computazionale esponenziale al quantum computing, sono in realtà effimere (decoerenza quantistica) e limitate all’ambito microscopico, per cui i qubit risultano estremamente fragili e devono essere protetti dalle interferenze esterne, almeno per la durata richiesta dal calcolo. È sufficiente una minima vibrazione o variazione della temperatura del sistema perché si perda la sovrapposizione, vanificando qualsiasi risultato di calcolo prodotto dai qubit coinvolti. Esistono diverse soluzioni per risolvere questo problema, ma tutte particolarmente complesse ed onerose da implementare.
Data la complessità, queste macchine devono lavorare in condizioni fisiche molto particolari per cui la tecnologia è esclusivamente fornita in cloud. Senza entrare troppo nel merito della meccanica quantistica, vediamo come le possibili applicazioni del quantum computing per il business.
Il quantum computing offre soluzioni innovative per diversi problemi, in settori e ambiti chiave. Tra le principali aree di applicazione, ci sono l’intelligenza artificiale e l’ottimizzazione, ormai rilevanti per la maggior parte delle realtà aziendali.
Un riferimento utile per avere una visione globale delle potenzialità e delle possibili applicazioni del calcolo quantistico nell’intelligenza artificiale, nel machine learning e nella data science è stato redatto già nel 2019 da Gartner con la “The CIO’s guide to Quantum Computing” (https://www.gartner.com/smarterwithgartner/the-cios-guide-to-quantum-computing).
Ad esempio, nel settore finanziario, il quantum computing offre soluzioni innovative per problemi di ottimizzazione dei portafogli, analisi dei rischi e previsione dei mercati, potendo fornire previsioni rapide e accurate e riducendo il rischio di errori costosi. Nel settore della logistica e dei trasporti, gli algoritmi quantistici possono risolvere problemi di pianificazione della distribuzione, rendendola più efficiente, migliorando la gestione della supply chain e l'esperienza complessiva del cliente. Relativamente alla consegna delle merci, ad esempio, sarà possibile ottimizzare le rotte delle flotte dei veicoli, garantendo percorsi più brevi e più rapidi rispetto ai risolutori classici e, di conseguenza, riducendo anche le emissioni di CO2. Anche nel settore energetico, il quantum computing può contribuire alla progettazione di reti e sistemi energetici più efficienti e sostenibili, grazie alla capacità di ottimizzare complessi modelli di previsione della domanda e dell'offerta energetica.
In ambito chimico, per settori quali la farmaceutica, la produzione di materiali avanzati e la chimica verde, il quantum computing consente la simulazione di molecole e di reazioni chimiche, capacità determinanti per lo sviluppo di nuovi materiali, catalizzatori e processi chimici più efficienti e sostenibili.
Un aspetto da tenere in considerazione è quello relativo alla crittografia informatica, i cui sistemi potrebbero essere messi a rischio dalla potenza di calcolo offerta da questa tecnologia.
Per proteggerli dai tentativi di violazione operati dai computer quantistici, è stata creata la cosiddetta Quantum-safe Cryptography (crittografia post quantistica), le cui soluzioni si basano sulla difficoltà del problema matematico da risolvere per violare il protocollo di sicurezza.
Per contrastare la minaccia degli attacchi informatici quantistici, sono allo studio diversi approcci.
Ad esempio, il CISCO Quantum Lab (https://www.cisco.com/c/en/us/products/collateral/optical-networking/solution-overview-c22-743948.html) sta esplorando tecnologie come Quantum Key Distribution (QKD).
I potenziali impatti della nuova tecnologia in questi e molti altri settori saranno dirompenti in un prossimo futuro, aprendo nuove opportunità di crescita e sviluppo di business per le aziende. Investire adesso nel campo del quantum computing diventa quindi strategico per le imprese, al fine di acquisire un vantaggio competitivo nel panorama tecnologico del futuro.