Scordatevi i bit, i byte e i computer tradizionali, la prossima frontiera è quella del qubit, o bit quantistico. Per comprendere la differenza tra il prima e il dopo, tra un computer tradizionale e uno quantistico, il paragone (a dire la verità un po’ macabro) potrebbe essere quello tra una bomba tradizionale e una nucleare.
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Dai bit ai qubit: la natura rivoluzionaria del calcolo quantistico
Ma andiamo con ordine. Con i computer quantici, si passa dal codice binario, che utilizza zero e uno in modalità alternata tramite impulsi di gruppi di elettroni, all’uso di singoli elettroni. Questi elementi sono più piccoli e veloci e possono rappresentare sia zero che uno contemporaneamente, grazie alla fisica quantistica che permette l’esistenza di più realtà nello stesso momento (un po’ come il famoso gatto di Schrodinger, che può essere vivo o morto nello stesso istante finché non si apre la scatola).
Questa tecnologia permette calcoli paralleli moltiplicandone la velocità di elaborazione, rendendo realizzabili analisi complesse, simulazioni e previsioni finora ritenuti impossibili su scale di tempo “umane”. Si tratta di quella che viene chiamata la “seconda rivoluzione quantistica” e che dà applicazione pratica alla prima, quella di Einstein, che era solo teorica.
L‘evoluzione del calcolo quantistico: dai laboratori al business
I computer quantici sono in fase sperimentale dal 2001. Dopo questi 20 anni la potenza del calcolo quantistico e della fisica subatomica sta iniziando a uscire dai laboratori e ad entrare nel mondo del business. Non è ancora disponibile per i consumatori finali, ma viene già utilizzata in diversi settori industriali e non, come in ambito finanziario, farmaceutico, energetico e molti altri.
Applicazioni del calcolo quantistico nei diversi settori
I settori che stanno avvicinandosi a questa tecnologia sono diversi e variegati. Nel farmaceutico alcune aziende stanno esplorando come il quantum computing possa supportarli nella ricerca e sviluppo di farmaci. In particolare, su attività come simulazioni molecolari e chimiche per la scoperta di nuovi farmaci, progettazione di molecole biologiche più avanzate, simulazioni di reazioni complesse con l’obiettivo di velocizzare i processi di analisi e sviluppo.
Nel settore finanziario, diverse istituzioni stanno investendo per ottimizzare i portafogli, prevedere l’andamento dei mercati e di conseguenza migliorare la gestione del rischio. L’uso di simulazioni quantistiche può diventare cruciale per la valutazione di opzioni finanziarie e la modellazione dei mercati. La sua capacità di eseguire calcoli complessi può offrire vantaggi strategici in termini di capacità predittiva anche su fluttuazioni dei mercati.
Nell’ energy potrà accelerare l’innovazione in diversi ambiti, contribuendo a migliorare l’efficienza energetica, l’ottimizzazione delle reti e la transizione verso fonti di energia rinnovabili. Il quantum computing potrà ottimizzare la gestione delle reti come quelle che integrano fonti rinnovabili come il solare e l’eolico. Queste reti sono soggette ad un’importante sfida sull’ intermittenza della produzione, che varia in base alle condizioni atmosferiche; i computer quantistici potranno trovare soluzioni per bilanciare in tempo reale la domanda e l’offerta di energia.
Nelle telecomunicazioni, si prevede che possa migliorare significativamente la sicurezza delle comunicazioni stesse, grazie alla crittografia quantistica che rende i dati difficilmente inviolabili; un altro aspetto importante, come nel settore energetico, è l’ottimizzazione della gestione delle reti, che migliorandone la ripartizione dei dati e riducendone la congestione del traffico porta ad un conseguente aumentando di velocità e di qualità dei servizi.
Nella difesa, si prevede che possa essere usato per migliorare la simulazione di materiali e processi fondamentali per la progettazione di veicoli spaziali e per i sistemi di difesa avanzati; la tecnologia, per questo, può supportare la pianificazione e gestione delle missioni spaziali in modo efficiente.
Inoltre, come nelle telecomunicazioni, è studiato per migliorare la sicurezza delle comunicazioni che rappresentano un aspetto cruciale per la protezione delle informazioni sensibili scambiate nelle operazioni militari e spaziali.
Impatto economico e prospettive future del calcolo quantistico
Il valore aggiunto creato dal quantum computing è ancora in fase di analisi, ma da stime effettuate e da proiezioni sui vantaggi che questa tecnologia possono portare si ipotizzano impatti economici e tecnologici significativi nel prossimo futuro. Ad esempio, ritornando sulle “Industries” trattate, nel settore farmaceutico e chimico, la simulazione quantistica potrà ridurre i tempi di sviluppo dei farmaci dal 12% al 30%, portando a un risparmio di miliardi di dollari all’anno. Nel lungo periodo, si stima una riduzione di costo in ricerca e sviluppo farmacologico fino a cento miliardi di dollari l’anno.
Nel settore dell’energia l’adozione di soluzioni quantistiche potrebbe ridurre i costi energetici globali di circa dieci miliardi di dollari all’anno. Inoltre, la possibilità di progettare nuovi materiali per batterie e celle solari potrebbe accelerare la transizione verso energie rinnovabili più efficienti, con una riduzione dei costi di produzione di energia rinnovabile del 20-30% entro il 2030.
Anche nel settore della finanza si stima un aumento del 10-20% sul ritorno sugli investimenti finanziari. I calcoli quantistici potrebbero rendere i modelli di valutazione di prodotti finanziari molto più precisi, generando un aumento del valore delle operazioni globali pari a circa cinque-dieci miliardi di dollari l’anno.
Per quanto riguarda le comunicazioni, la crittografia quantistica si pone l’obiettivo di migliorare enormemente la sicurezza delle comunicazioni, riducendo i costi legati agli attacchi informatici. Si prevede che l’adozione di questa tecnologia possa ridurre i danni economici globali legati a violazioni informatiche del 10-20% entro il 2030.
In generale, il mercato globale del calcolo quantistico potrebbe raggiungere sessantacinque miliardi di dollari entro il 2030, con una crescita annuale a doppia cifra.
L’adozione di questa tecnologia avrà un impatto significativo sull’economia globale, portando vantaggi economici diretti e indiretti che, grazie alla crescita della produttività e all’innovazione in vari settori, potrebbero superare un trilione di dollari nei prossimi decenni.
Altri studi stimano che il quantistico possa contribuire a una crescita del PIL globale di circa 0,5-1% all’anno, sempre a partire dal 2030.
Sfide e limiti nell’implementazione del calcolo quantistico
Il quantum computing ha un potenziale enorme e come visto ha la capacità di trasformare vari settori, ma ci sono ancora molte sfide tecniche ed economiche prima che questa tecnologia possa essere utilizzata su larga scala. Uno dei principali problemi è che i qubit sono estremamente “delicati”, sensibili a disturbi esterni, come variazioni di temperatura e vibrazioni che possono compromettere le informazioni in analisi e danneggiare l’output di valutazione; questo fenomeno è noto come “decoerenza” e rappresenta uno dei più grandi ostacoli.
Un’altra sfida a cui bisogna ragionare è la “scalabilità”. Per risolvere problemi occorre un numero elevato di qubit. Tuttavia, costruire e mantenere un computer quantistico con milioni di qubit è una vera e propria sfida. I computer quantistici attuali hanno ancora la disponibilità di un numero limitato di qubit, e aumentare la loro quantità senza compromettere la qualità dei calcoli richiede soluzioni ancora in via di sviluppo. Anche la sostenibilità con gli impatti sull’ambiente e i costi di manutenzione/mantenimento sono fattori da tenere in considerazione.
Mantenere i dati quantistici in condizioni adeguate richiede ambienti controllati con temperature molto basse che richiedono costi energetici elevati. La disponibilità limitata di hardware e software ottimizzati per questa tecnologia è un altro ostacolo. La programmazione di computer quantistici è molto diversa da quella tradizionale e richiede nuove serie di passaggi o istruzioni da seguire per creare algoritmi efficienti, anche per questa motivazione la tecnologia è ancora in uno stadio “embrionale” di sviluppo.
Problemi non da poco conto, ma in un “viaggio quantico”, una sorta di salto nell’iperspazio, sono solo delle tappe.
