“I poteri prometeici della tecnologia moderna si stanno espandendo a un ritmo sempre crescente. L‘informatica quantistica promette di essere una di queste”.
Comincia così il saggio di un gruppo di ricercatori inglesi, che nel 2021 riteneva necessario applicare al quantum computing i principi dell’innovazione responsabile (RI)[1]. RI propone “un processo trasparente e interattivo “per affrontare l’accettabilità (etica), la sostenibilità e la desiderabilità sociale del processo di innovazione e dei suoi prodotti commercializzabili … per consentire un corretto inserimento … nella nostra società” (von Schomberg 2013).
Un approccio all’RRI è stato sviluppato anche dalla Commissione Europea e concentrandosi su cinque temi: coinvolgimento del pubblico, accesso aperto, uguaglianza di genere, etica ed educazione scientifica, più, in varie versioni, governance e cambiamento istituzionale[2].
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La strategia quantum dell’Europa
Ma questo accadeva oltre 10 anni fa, mentre nei documenti più recenti l’attenzione della Commissione si è spostata dagli aspetti etici e regolatori del quantum computing, a quelli di politica industriale. Oggi il documento più recente non cita neppure i principi dell’innovazione responsabile e si addentra in incentivi e agevolazioni, iniziative e promozioni in grado di sviluppare la competitività europea, per superare la frammentazione dei mercati nazionali e degli investimenti, che impedisce di oltrepassare la soglia critica dimensionale per entrare nell’arena della competizione globale[3].
Il 2 luglio la Commissione ha avviato la Quantum strategy per “rendere l’Europa un leader globale nella tecnologia quantum entro il 2030.[4] Sia la strategia per la difesa dell’Europa, sia il Rapporto Draghi sulla competitività[5] sottolineano l’importanza cruciale delle tecnologie e della ricerca sul calcolo quantistico.
Nel Rapporto Draghi si osserva che “il quantum computing è atteso come una delle più importanti innovazioni a venire, ma 5 delle prime dieci aziende globali in termini di investimenti nel calcolo quantistico sono basate negli Stati Uniti e 4 in Cina”.[6] La frontiera tecnologica diviene linea di confronto con gli altri protagonisti -in chiave geostrategica- e non più area di sperimentazione delle tecnologie e delle regole che ne accompagnano lo sviluppo e l’applicazione. I tempi cambiano.
| Paese | Finanziamenti pubblici nel Quantum (mln €) |
|---|---|
| Regno Unito | 4.122 |
| Germania | 3.030 |
| Francia | 1.800 |
| Paesi Bassi | 1.100 |
| Italia | 228,9 |
| Danimarca | 179 |
| Austria | 140 |
| Spagna | 98 |
| Finlandia | 34 |
La Strategia italiana per le tecnologie quantistiche: molta vaghezza
La Strategia italiana per le tecnologie quantistiche ha visto la luce per merito del Ministero delle imprese e del Made in Italy, con l’aiuto iniziale del Politecnico di Milano, il cui l’Osservatorio Quantum Computing & Communication ha collaborato a predisporre e analizzare i dati della consultazione pubblica che ha avviato il processo di definizione della Strategia.
Al momento la strategia italiana ricorda che sono stanziati 229 milioni di fondi e non parla di nuove risorse.
Purtroppo, non siamo di fronte al blue print del governo britannico, National quantum strategy, che può fare il punto su politiche avviate oltre 10 anni fa, che hanno messo in campo 1 miliardo di sterline fino al 2024, di cofinanziamenti pubblici e privati. Il programma 2024-2034 stanzia 2,5 miliardi di sterline e pone grande attenzione, anche in termini di permessi di immigrazione (visa routes) alla creazione di competenze di alto livello per lo sviluppo del settore. Uno degli aspetti più interessanti del programma britannico è lo sviluppo delle connessioni internazionali per la ricerca e il finanziamento delle aziende piccolo-media.
Qui la British Business Bank ha fornito 42 miliardi di sterline a 170.000 aziende innovative del Regno Unito (Uk Innovation Strategy). British Business Bank ha lanciato il Future Fund: Breakthrough, un fondo da 375 milioni che verranno coinvestiti con i privati in aziende innovative. British Patient Capital è diventato il finanziatore principale che investe in venture capital, nelle aziende ad alta tecnologia. Il finanziamento pubblico degli investimenti in settori altamente innovativi, e quindi altamente rischiosi, deve sempre essere accompagnato dall’investimento privato, anche per evitare di incorrere in violazioni delle norme sugli aiuti pubblici.
Il ruolo del pubblico e dei venture nella strategia italiana
Di tutto ciò non vi è traccia nella Strategia italiana per il quantum. Essa dimostra la buona volontà di chi deve cominciare da zero; fornisce una panoramica delle tecnologie, dei campi applicativi, dell’importanza della ricerca, ma non delinea una strategia di intervento.
Per il venture capital la Strategia sembra fare affidamento sulla solida Cassa Depositi e Prestiti Ventur Capital Sgr, che ha un fondo di un miliardo per gli investimenti nelle tecnologie deep tech come AI, cyber e quantum. Ma gli investimenti dei venture capital nel 2023 e 2024 sono stati pari a soli 12,5 milioni nel settore quantum.
Il ruolo del pubblico, a sostegno degli investimenti di venture capital è quello di attirare le società specializzate internazionali, i venture capitalist che potrebbero trovare nel meccanismo del cofinanziamento pubblico, l’incentivo per garantire una presenza delle start up italiane nel mercato internazionale del venture capital.
Curiosa è la composizione della squadra che ha curato il documento: dei 32 componenti, oltre il 50% sono di provenienza ministeriale, 12 vengono dall’università-ricerca, con esclusioni clamorose come i Politecnici di Milano e Torino.
Nonostante questa ipertrofia della componente ministeriale, il documento non delinea alcuna scelta strategica, non indica nessuna linea di policy: ad esempio non dice se la Difesa, che dovrebbe spendere un sacco di soldi aggiuntivi nel prossimo futuro, considera il quantum una delle aree di investimento: il Ministero è presente, ma non si sbilancia.
Gli scenari del Quantum
Anche le aziende impegnate nel quantum computing stanno di fronte a scelte tecnologiche importanti: cresce in misura notevole l’interesse per la fotonica, che presenta caratteristiche di stabilità e tolleranza rispetto alle condizioni applicative, in particolare rispetto alle temperature operative dei processori e ai consumi energetici.
I fotoni
L’uso dei fotoni, in sostituzione degli elettroni come vettori di informazioni, sta attirando ricerca e investimenti. Gli Stati Uniti sono oggi superati dall’Asia-Pacifico che dal 2012 al 2022 ha raggiunto una crescita del 36% medio annuo nel decennio[7].
I computer quantistici fotonici sono protagonisti del calcolo fault-tolerant (FTQC), utilizzando i fotoni come mezzo per la codifica e la manipolazione dei qubit, le unità di base di elaborazione dell’informazione quantistica. La tecnologia fotonica dimostra una resilienza contro la decoerenza e il rumore anche a temperatura ambiente. Questo li rende eccezionalmente adatti per sistemi scalabili e FTQC. Il calcolo quantistico fotonico si distingue anche per la possibilità di realizzare computer quantistici modulari e facilmente collegabili in rete, con un potenziale significativo per applicazioni pratiche[8].
Le applicazioni principali
Tra le aree di applicazioni più importanti vi sono:
- maschine learning
- simulazione per la scienza dei materiali
- natural language processing
- finanza
- problemi grafici complessi
- ottimizzazione della logistica
- crittografia
- ricerca farmaceutica.[9]
Secondo Mc Kinsey, a metà del prossimo decennio, il mercato del quantum computing raggiungerà a livello globale i mille miliardi di dollari, prevalentemente per applicazioni nei settori finanza, chimica, automotive, media e telecomunicazioni.[10]
Quantum: i protagonisti iniziali
Richard Feynman propose negli anni Ottanta l’idea del calcolo quantistico come metodo efficace per modellizzare sistemi fisici quantistici. Pochi anni dopo David Deutsch sviluppò l’idea di un computer di Turing quantistico universale e poi negli anni Novanta Peter Shor sviluppò l’algoritmo che prende il suo nome, dimostrando che ipotetici computer quantistici potevano fattorializzare i grandi numeri più velocemente delle macchine tradizionali[11].
Con l’avvento di diverse piattaforme hardware quantistiche, la ricerca e lo sviluppo nel calcolo quantistico accelerarono all’inizio degli anni 2000. La ricerca sui qubit superconduttori fu avviata da aziende come IBM, Google e Rigetti, mentre altre si concentrarono su ioni intrappolati e qubit basati su fotoni. Queste iniziative hanno rappresentato un grande passo avanti nello sviluppo di computer quantistici in grado di gestire i calcoli più complessi. Il 2019 ha visto uno degli eventi cruciali nella storia del calcolo quantistico, quando Google ha dichiarato di aver raggiunto la “supremazia quantistica”. Il processore quantistico Sycamore aveva completato un compito più velocemente dei supercomputer convenzionali più sofisticati.
Sebbene ancora agli inizi, il calcolo quantistico si trova ad affrontare difficoltà significative come la stabilità dei qubit, la correzione degli errori e la scalabilità. Gli scienziati sono costantemente alla ricerca di nuove strategie per creare computer quantistici più affidabili e potenti. Queste innovazioni hanno spinto scienziati di tutto il mondo a iniziare a lavorare alla costruzione di computer quantistici. Nel corso del tempo si sono sviluppate diverse tecniche di calcolo quantistico, ognuna con i propri vantaggi e difficoltà, come i qubit superconduttori, gli ioni intrappolati e i qubit topologici[12]
IBM e Google hanno segnato i primi passi decisivi nell’affermarsi della ricerca applicata al quantum computing, con una serie di esperimenti per dimostrare la supremazia del quantum computing sui computer tradizionali. In uno di questi primi esperimenti Sycamore di Google aveva svolto un campionamento sui circuiti quantistici in 200 secondi, contro il tempo di 10.000 anni di uno dei classici supercomputer[13].
La rassegna della letteratura scientifica che attraversa questo campo del “quantum computational advantage”, ossia del minor tempo di elaborazione del compiuter quantistico sotto test, rispetto ai tempi dei supercomputer tradizionali, dimostra i progressi del calcolo quantistico negli anni recenti.[14]. Questi confronti rendono l’idea della potenza di calcolo che i sistemi quantistici riservano per la ricerca e le future applicazioni. Lo studio degli autori guidati da Zhong, citato, apre anche un campo di riflessione sull’importanza delle tecnologie fotoniche applicate al quantum computing., condotte in Cina con la macchina GBS Jinzhang. E siamo ancora nel 2020 all’inizio della pandemia, quando le università e gli istituti di ricerca erano afflitte dai lock down cinesi divenuti leggendari per durata, ampiezza e rigidità. Applicata al quantum computing, la fotonica consente maggiore velocità di trasmissione e di calcolo e un consumo di energia inferire di 4 volte rispetto al computer tradizionale.[15]
Brevetti: la corsa verso il quantum fotonico
Secondo MarketsandMarkets, il mercato della fotonica raggiungerà un valore di oltre 800 miliardi nell’anno in corso, sulla base delle previsioni del 2022.[16] Le applicazioni nel quantum computing rappresentano una minima parte di questo mercato, ma rapidamente crescente. Soprattutto, a partire dall’esperimento citato con la macchina Jinzhang, la Cina ha dimostrato ancora una volta di sapere tener testa e in prospettiva mettere a repentaglio la supremazia degli Stati Uniti, che nei dati della figura 1, relativi al 2022, appare ancora evidente.
Figura 1. Percentuale di domande di brevetto nel campo della simulazione quantistica di seconda generazione per le quali è stato concesso un brevetto internazionale europeo[17]
Come si vede il ruolo degli Stati Uniti è ancora prevalente, con oltre il 37% di brevetti internazionali. Rileva inoltre percentuali sostanziali, ma relativamente inferiori, di altre regioni, tra cui Giappone (14%), Australia (12%), Cina (9%) ed Europa (8%, sulla base dei brevetti europei concessi).
Tra le aziende che si sono assicurate i brevetti internazionali sul quantum computing, troviamo: IBM, Google, Microsoft, Intel, Northrop Grumman (difesa), Rigetti (società nata da venture capital in California, dedicata alla creazione di processori quantistici scalabili). Al di fuori degli Stati Uniti il data base dei brevetti internazionali contiene Toshiba e D-Wave Systems. Più ampia la presenza di Università: MIT, Yale, Harvard, Caltech, Stanford. Maryland, Winsconsin. Oxford, Technical University of Delft. L’Italia non è nella lista dei detentori di brevetti, con l’eccezione di STMicroelectronics, presente con la consociata svizzera.[18]
La recente rassegna dei protagonisti del computing quantistico fotonico, elenca le prime 20 aziende mondiali che dal 2028 al 2021 hanno ottenuto il maggior numero di brevetti internazionali.
Figura 2. Organizzazioni che hanno il maggior numero di brevetti in materia di photonic quantum computing
Abbiamo raffrontato le tre aree di maggior peso, trovando che gli Stati Uniti hanno 75 brevetti, la Cina (includendo i brevetti della filiale Huawei di Dusseldorf), 55 e l’Europa, senza la filiale Huawei di Dusserdorf 69. Questi dati fanno riflettere.
La Cina sta sopravanzando gli Stati Uniti nel quantum computing fotonico, dimostrando ancora una volta una capacità di indirizzo delle politiche industriali e dello sviluppo, che fa leva sul valore “duale” delle tecnologie: uso civile e uso per la difesa/sicurezza. La Cina ha raggiunto la supremazia quantistica con prototipi come “Jiuzhang” (fotonico) e “Zuchongzhi 2.1” (superconduttore) e sta sviluppando computer quantistici superconduttori con un numero crescente di qubit, come “Origin Wukong” a 72 qubit. Nel calcolo quantistico fotonico la serie Jiuzhang, incluso Jiuzhang 3.0, controlla un gran numero di fotoni. Origin Quantum ha rilasciato Tianji 4.0, un sistema di quarta generazione progettato per il controllo efficiente e automatizzato del segnale dei chip quantistici superconduttori, fondamentale per la scalabilità. Infine, la Cina ha lanciato un fondo di venture capital da 138 miliardi di dollari, finanziato dal governo, che include startup quantistiche e sta espandendo la sua linea di produzione di quantum computing.
Scenari futuri del quantum
Il computing quantistico è ancora un’area prevalentemente di ricerca: di fatto i test sul “computational advantage” ovvero sulla “quantum supremacy” sono attività di ricerca, esperimenti che hanno un enorme valore scientifico e un potenziale di mercato e commerciale ancora indefinito. Non è privo di fondamento, quindi, il sentiero strategico proposto dalla Commissione, di far leva sulla ricerca europea, per far avanzare un settore che si trova all’inizio del suo percorso “produttivo”.
“Un ecosistema quantistico dinamico, interconnesso e solido è fondamentale per la capacità a lungo termine dell’Europa di sviluppare e implementare tecnologie quantistiche su larga scala. Oggi, l’ecosistema quantistico europeo comprende circa 70 startup e scaleup, investitori deep-tech, organizzazioni di ricerca e innovazione, cluster di competenze nazionali e catene di approvvigionamento industriali. Tuttavia, questo ecosistema rimane molto fragile. È dominato da piccole startup e scaleup che si trovano ad affrontare ostacoli significativi alla crescita: flussi di entrate instabili, accesso limitato al capitale di scalabilità e domanda industriale limitata nel breve termine.”[19]
Far leva sulla ricerca e sulla formazione, rendere disponibili infrastrutture di eccellenza per i test più onerosi, indirizzare gli investimenti, anche della BEI, al settore del quantum computing, sono sicuramente scelte condivisibili.
Manca tuttavia una tessera nel piano della Commissione, e speriamo che non manchi nell’annunciato Quantum Act: la fotonica applicata al quantum computing che si delinea come il terreno più vivace di sviluppo delle prossime sperimentazioni.
Note
[1]) Philip Inglesant, Carolyn Ten Holter, Marina Jirotka, Robin Williams, Asleep at the wheel? Responsible Innovation in quantum computing, Technology analysis & strategic management, 2021 vol. 33 n.11.
[2]) Transform, RRI & S3, https://www.transform-project.eu/rri/
[3]) European Commission, Communication from the Commission to the European parliament and the Council, Brussels, 27.7.2025.
[4]) Quantum Flagship, European Commission launches strategy to make Europe Quantum leader by 2030, July 2, 2025.
[5]) The Draghi report: A competitiveness strategy for Europe, September 2024.
[6]) Ivi, Parte A, pag 24.
[7]) MarketsandMarkets, Photonic Integrated Circuit (IC) & Quantum Computing Market (2012-2022), https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/photonic-integrated-circuit-ic-optical-computing-chip-market-881.html.
[8]) Muhammad AbuGhanem, Photonic Quantum Computers, arXiv, Quantum Physics, 12 September 2024.
[9]) Muhammad AbuGhanem,Hichem Eleuch. NISQ Computers: A Path to Quantum Supremacy, arXiv, Quantum Physics, 29 September 2023.
[10]) Eric Hazan, Alexandre Ménard, Ivan Ostojic, and Mark Patel. The next tech revolution: quantum computing. A powerful new form of computing could begin paying off for businesses within the next five years. How best to prepare? Mc Kinsey, March 2020.
[11]) Peter W. Shor, Polynomial-Time Algorithms for Prime Factorization and Discrete Logarithms on a Quantum Computer, SIAM Journal on Computing, Vol. 26, Iss. 5, 1997.
[12]) R. Siva Subramanian, B. Maheswari, T. Nithya, P. Girija, M. Karthikeyan, T. Saraswathi, Quantum Computing: Unveiling the Paradigm Shift and Diverse Applications, Source Title: Applications and Principles of Quantum Computing Copyright: © 2024.
[13]) Frank Arute (et alii), Quantum supremacy using a programmable superconducting processor, Nature, 23 October, 2019.
[14]) Han-Sen Zhong (et alii), Quantum computational advantage using photons, Science, 3 Dec. 2020.
[15]) Farbin Fayza, Satyavolu Papa Rao, Darius Bunandar, Udit Gupta, Ajay Joshi, Photonics for Sustainable Computing, arXiv, Computer Science > Emerging Technologies, Submitted on 10 Jan 2024.
[16]) MarketsandMarkets, Photonic Market. Global Forecast 2025. https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/photonics-market-88194993.html#utm_source=Globenewswire&utm_medium=Referal&utm_campaign=PaidPR
[17]) Fonte: Muzio Grilli, Andreas Gr¨oger, Bj¨orn J¨urgens, Christian Soltmann and Katrien Herreman, Quantum simulation insight report, June 2023, European Patent Office, Munich Germany.
[18]) AbuGhanem, Eleuch, op. cit.
[19]) EU Commission, op. cit. p
