Le tecnologie quantistiche rappresentano una nuova e stimolante sfida per molteplici settori inerenti alla tecnologia quali la cybersicurezza, la comunicazione, la biomedicina e altri. Come sapranno integrarsi queste tecnologie con quelle già presenti e quali saranno i loro impatti? Lo vediamo in questo articolo.
1.La tecnologia quantistica in Italia tra investimenti e ricerca
Il 23 gennaio scorso l’Università di Trieste ha inaugurato due nuovi laboratori dedicati anima e corpo allo studio e ai test sulle tecnologie quantistiche.
Il laboratorio ArQuS (Artificial Quantum Systems) studierà i sistemi quantistici artificiali tramite il controllo di singoli atomi e il laboratorio di comunicazione quantistica QCI (Quantum Communication and Information) svilupperà, invece, la ricerca e lo sviluppo tecnologico di nuove soluzioni per le comunicazioni quantistiche su fibra ottica e in spazio libero.
Qualche giorno prima, sempre a Trieste, si è tenuto il primo incontro sulle tecnologie quantistiche rivolto alle Aziende e promosso dall’’Istituto Nazionale per le Scienze e Tecnologie Quantistiche (NQSTI) al quale hanno preso parte colossi del tech del calibro di Leonardo e Google.
Il fermento per le tecnologie quantistiche si sta spingendo al massimo e l’Italia, l’Europa e le Aziende come realtà private hanno sempre più voglia di investire in questo settore.
Nei prossimi anni l’Italia investirà ingenti somme in questo tipo di tecnologie. Come anticipato, saranno stanziati circa 200 milioni di euro in 3 anni tramite il NextGenerationEu nell’ambito del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR), di cui 23 milioni di euro dedicati alle attività di formazione, training e disseminazione nelle Aziende.
Da cosa deriva questo interesse e quali saranno gli scenari futuri che porterà?
Cerchiamo di inquadrare il fenomeno partendo dalla comprensione delle tecnologie quantistiche spiegate, ovviamente, in modo semplificato e accessibile.
2.“The future is Quantum”, in che senso?
Le tecnologie quantistiche non sono certamente una novità. La meccanica quantistica è comparsa per la prima volta nel XX secolo, con il passaggio da una teoria causale e continua della natura ad una probabilistica e discreta.
All’inizio del XX secolo il modo umano di comprendere e indagare la fisica, infatti, cambiò radicalmente. Non si trattò di un cambiamento leggero, ma di una vera e propria rivoluzione (definita spesso come la “Prima Rivoluzione Quantistica”) che portò ad un vero e proprio cambio di paradigma nella teoria e nella pratica costruttiva degli artefatti tecnologici e non.
I primi oggetti frutto del nuovo paradigma quantistico furono i transistor e il laser, due strumentazioni basilari dell’elettronica, dell’informatica e della medicina.
Qual è la rivoluzione insita nel paradigma quantistico?
Uno degli elementi centrali e più sconvolgenti è la sovrapposizione di stati. Spesso, infatti, e diversamente dagli oggetti governati dalle leggi della fisica classica, gli oggetti quantistici sono identificati da diverse sovrapposizioni di stati energetici, fisici o momenti.
Un esempio è il qubit, diverso dal bit tradizionale dell’elettronica e dell’informatica moderne, descritto da uno 0 e da un 1. I qubit sono, generalmente, particelle subatomiche che possono rappresentare il valore 0, 1 o una combinazione simultanea di entrambi, in uno stato detto sovrapposizione.
In particolare, se i bit dei computer tradizionali possono esistere in un unico stato specifico e rappresentare alternativamente i valori 0 oppure 1, un qubit può assumere il valore 0, 1 o qualsiasi combinazione dei due.
Proprio la simultaneità di stati, come vedremo, rappresenta uno dei grandi punti di svolta delle nuove tecnologie quantistiche e del motivo per cui sono e saranno sempre più centrali e rivoluzionarie, tanto a livello scientifico quanto a livello applicativo.
3.Verso un nuovo paradigma quantistico
Le considerazioni viste in precedenza e la natura dei qubit saranno protagonisti di quella che spesso sentiamo definire come la “Seconda Rivoluzione Quantistica”.
Cosa porterà questa Seconda Rivoluzione? Sicuramente a un nuovo modo di indagare la natura e, come ultima istanza, a nuovi, rivoluzionari artefatti tecnologici e al rinnovamento di quelli esistenti, sui quali la tecnologia quantistica andrà ad imporsi fortemente.
Operando su un qubit, come abbiamo visto, in ragione del principio di simultaneità, andremo ad operare su tutti gli altri qubit, tutto ciò nello stesso esatto momento. Questo si traduce in una velocità di calcolo esponenziale che, come vedremo, sarà la vera protagonista dell’applicazione del paradigma quantistico alle tecnologie esistenti e nuove.
Quali saranno gli oggetti e le tecnologie che ne subiranno maggior influenza? Ne parliamo nel prossimo capitolo.
4.Le tecnologie quantistiche nella tecnologia, nella scienza e nelle comunicazioni
La Seconda Rivoluzione Quantistica influenzerà differenti campi di applicazione, da quello prettamente tecnologico a quello medico a quello della comunicazione.
Grazie all’applicazione di queste nuove tecnologie potranno essere progettati simulatori medici di velocità e precisione millimetrica, in grado, per esempio, di simulare gli effetti di un determinato farmaco a livello molecolare prima che sia immesso nel commercio.
Un’altra applicazione è lo studio delle reti neuronali celebrali, che consentirà agli scienziati e ai medici di studiare il cervello e la sua attività ad un livello di profondità mai indagato prima.
In materia di cybersecurity ci compiranno enormi passi avanti proprio grazie alla velocità di trasmissione dei dati offerta dalle tecnologie quantistiche. La trasmissione di informazioni a livello quantistico, infatti, non è intercettabile a livello fisico. Elemento che la trasforma in una procedura di trasmissione quasi del tutto inespugnabile da hacker e cybercriminali.
Per l’avvento del computer quantistico, che sancirà uno dei grandi punti di arrivo dello studio e dell’applicazione di queste nuove tecnologie, dovremo attendere ancora qualche anno e, di fatto, nessuno ancora precisamente sa quanto.
Alcuni ricercatori parlano di 10 anni, altri di 20, altri ancora di 5. Questo “ritardo” è legato, principalmente, alla portata degli investimenti necessari allo studio e alla sperimentazione delle tecnologie quantistiche che ancora pochissime Aziende possono permettersi di condurre, soprattutto se in relazione al ritorno sull’investimento che, come chiaro, non è sul breve periodo.
La grande sfida dell’Italia e dell’Europa, attive su questi progetti dal 2014, sarà quella di studiare e progettare nuovi artefatti in grado di sfruttare al massimo le dinamiche delle tecnologie quantistiche che siamo sicuri, saranno in grado di portare un vero e proprio assetto rivoluzionario, in grado di scuotere per sempre il mondo dell’informatica, della scienza e della comunicazione.
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