Quando si parla di tecnologie quantistiche, il dibattito pubblico si concentra quasi sempre sul calcolo: sulla capacità, ancora in larga parte prospettica, di macchine in grado di rompere gli schemi crittografici asimmetrici oggi in uso o di simulare sistemi molecolari complessi. È una discussione legittima, e per chi si occupa di sicurezza lo è in modo particolare. Ma rischia di oscurare un fronte meno visibile e, per certi versi, più vicino alla maturità industriale: quello dei sensori quantistici, che consentono di misurare il mondo fisico con una sensibilità che le tecnologie classiche faticano a raggiungere. Per chi gestisce reti energetiche, idriche, di trasporto e di comunicazione, la differenza è sostanziale.
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Sensori quantistici nelle infrastrutture critiche: che cosa misurano
Il quantum sensing è l’insieme delle tecniche che usano sistemi quantistici, come atomi, ioni, spin elettronici o fotoni, come strumenti di misura. Il principio è che un sistema quantistico preparato con cura in uno stato noto è estremamente sensibile alle perturbazioni dell’ambiente esterno: un campo magnetico, un’accelerazione, una variazione del campo gravitazionale, una differenza di temperatura. Leggendo come lo stato del sistema è cambiato, si risale alla grandezza fisica che lo ha perturbato.
La differenza rispetto al calcolo quantistico sta nello scopo e nei requisiti. Un computer quantistico deve mantenere la coerenza di molti qubit, correggere gli errori e scalare verso numeri elevati di unità interconnesse: sono sfide ingegneristiche ancora aperte. Un sensore quantistico, invece, può funzionare con un singolo sistema quantistico o con pochi elementi, e della fragilità dello stato quantistico fa la propria risorsa anziché un problema da neutralizzare. Questo spiega perché, dentro la cosiddetta seconda rivoluzione quantistica, la sensoristica sia generalmente considerata il filone più prossimo all’impiego operativo, accanto alla misurazione del tempo e alle comunicazioni.
C’è poi una differenza di natura strategica. Il calcolo quantistico è un’evoluzione che incide soprattutto sul livello informativo: crittografia, ottimizzazione, simulazione. Il quantum sensing agisce sul livello fisico, cioè sulla capacità di osservare lo stato di un asset che, fino a oggi, si poteva conoscere solo in modo indiretto o con margini di incertezza elevati.
Principi fisici dei sensori quantistici per le infrastrutture
Due fenomeni sono alla base della maggior parte delle tecniche di quantum sensing: la sovrapposizione degli stati e, in alcune architetture, l’entanglement.
La sovrapposizione consente a un sistema quantistico di trovarsi in una combinazione di più stati contemporaneamente. Nell’interferometria atomica, ad esempio, un atomo raffreddato a temperature prossime allo zero assoluto viene posto in una sovrapposizione di due percorsi distinti. Quando i due cammini vengono ricombinati, la differenza di fase accumulata lungo il percorso dipende dall’accelerazione o dal campo gravitazionale a cui l’atomo è stato soggetto.
Poiché la fase si misura con grande finezza, e poiché gli atomi di una data specie sono identici tra loro e la deriva intrinseca dello strumento è bassa, benché restino effetti sistematici da correggere con misure di riferimento, il risultato è uno strumento che può raggiungere sensibilità molto elevate e una buona stabilità nel tempo. È il principio dei gravimetri e dei gradiometri a atomi freddi.
Un secondo esempio sono i centri azoto-vacanza (NV) nel diamante: difetti del reticolo cristallino il cui spin elettronico può essere inizializzato e letto otticamente, e la cui risposta ai campi magnetici, elettrici e alla temperatura permette di costruire magnetometri compatti, capaci di operare a temperatura ambiente. A questa famiglia si affiancano i magnetometri a pompaggio ottico e, in ambito più specialistico, i SQUID, che richiedono però il raffreddamento criogenico.
L’entanglement, cioè la correlazione non classica tra più sistemi quantistici, entra in gioco in un secondo momento. Usare stati entangled o stati compressi (squeezed) permette, in linea teorica, di ridurre il rumore di misura al di sotto del cosiddetto limite quantistico standard, avvicinandosi al limite di Heisenberg.
È un risultato importante dal punto di vista della ricerca, ma è bene essere precisi: buona parte dei dispositivi oggi più vicini all’uso sul campo sfrutta la sovrapposizione e la coerenza di sistemi singoli, mentre i protocolli che si basano su stati entangled di molte particelle restano per lo più a uno stadio dimostrativo. Distinguere tra ciò che è dimostrato in laboratorio e ciò che è impiegabile in un cantiere o in una sottostazione è il primo esercizio di serietà che questo settore richiede.
Sul piano pratico, le grandezze misurabili sono soprattutto quattro: accelerazione e rotazione (inerziali), gravità e suo gradiente, campi magnetici e tempo. Da queste grandezze, con opportuna elaborazione, si ricavano informazioni su cavità sotterranee, variazioni di densità del suolo, correnti elettriche, anomalie nei materiali e derive di sincronizzazione.
Il monitoraggio delle infrastrutture con sensori quantistici
Il monitoraggio strutturale è un campo in cui la possibilità di vedere ciò che non si vede ha un valore concreto: le ispezioni basate su rilievi visivi periodici e su campionamenti puntuali possono lasciare zone d’ombra su elementi che si degradano lentamente e in modo non uniforme. I sensori quantistici non sostituiscono le tecniche consolidate, che restano il fondamento di qualsiasi piano di manutenzione, ma possono ampliare il perimetro di ciò che è misurabile, soprattutto nel sottosuolo e nei punti difficili da raggiungere.
Gravimetri quantistici per ponti, gallerie e reti idriche
Un gravimetro misura l’accelerazione di gravità in un punto; un gradiometro ne misura la variazione tra due punti ravvicinati, ed è quindi meno sensibile ai disturbi comuni e più efficace nell’evidenziare anomalie locali. Una cavità, una zona di terreno decompresso, un’area in cui l’acqua ha lavato via materiale fine producono un lieve deficit di massa e, con esso, una variazione misurabile del campo gravitazionale. Le tecniche gravimetriche classiche esistono da tempo, ma la bassa deriva intrinseca degli strumenti ad atomi freddi e la possibilità di eseguire misure ripetute nel tempo aprono scenari nuovi di monitoraggio, non solo di rilievo una tantum.
La dimostrazione più citata è del 2022: un gradiometro ad atomi freddi sviluppato all’Università di Birmingham ha rilevato in un’area urbana un tunnel tecnico largo due metri, con risoluzione spaziale di mezzo metro e rapporto segnale-rumore pari a 8 (Nature, 602, 590-594).
Per ponti e viadotti, l’interesse riguarda soprattutto il terreno di fondazione: fenomeni di scalzamento delle pile, variazioni dell’acqua di falda, subsidenza differenziale. Per le gallerie, il tema è la presenza di vuoti o di zone di terreno saturo alle spalle del rivestimento e lungo il tracciato di scavo, la cui individuazione precoce può orientare ispezioni mirate prima che un cedimento diventi visibile.
Per le reti idriche, la rilevazione della singola perdita resta in gran parte affidata a tecniche acustiche e di pressione. Il contributo dei gravimetri è più indiretto: riguarda le conseguenze delle perdite di lunga durata, cioè le variazioni di saturazione e le cavità che si formano nel terreno circostante le condotte. In linea di principio, secondo gli stessi autori dello studio, la sensibilità raggiunta consentirebbe di distinguere un terreno asciutto da uno saturo. (Fonte: Stray et al., «Quantum sensing for gravity cartography», Nature 602, 590-594, 2022)
Questi strumenti oggi sono prototipi avanzati o prodotti di nicchia, ingombranti rispetto ai sensori tradizionali, sensibili alle vibrazioni ambientali e ancora costosi. La strada verso l’impiego diffuso passa dalla miniaturizzazione e da campagne di validazione in condizioni reali, con confronto sistematico rispetto ai metodi geofisici consolidati. Le dimostrazioni sul campo già condotte indicano una direzione credibile, ma non autorizzano ancora a parlare di tecnologia matura.
Magnetometri e orologi atomici per le infrastrutture energetiche
Per le infrastrutture energetiche, il contributo più promettente viene dalla magnetometria quantistica. Gasdotti e oleodotti in acciaio sono soggetti a corrosione, spesso localizzata e difficile da individuare dall’esterno. Le tecniche di ispezione in linea, con dispositivi che percorrono l’interno della condotta, sono efficaci ma richiedono interventi programmati e non sempre sono applicabili. Magnetometri di nuova generazione, più sensibili e più compatti, possono rilevare con maggiore finezza le anomalie del campo magnetico associate a difetti, perdite di spessore e variazioni delle proprietà del materiale, anche con sensori montati su droni o su veicoli senza contatto con l’asset.
Per gli elettrodotti, la misura della corrente e del campo magnetico circostante è una fonte di informazione preziosa sullo stato di conduttori, isolatori e giunzioni. Un magnetometro ad alta sensibilità può rilevare scostamenti minimi rispetto al comportamento atteso, legati a degrado dei componenti, squilibri di carico o guasti incipienti, offrendo un tipo di dato che alimenta in modo naturale la manutenzione predittiva: intervenire in base alla condizione effettiva dell’asset anziché a scadenze fisse, riducendo sia i fermi non pianificati sia le sostituzioni anticipate.
Un ulteriore contributo, non direttamente legato alla diagnostica del singolo componente ma decisivo per la gestione della rete, viene dalla metrologia del tempo. Gli orologi atomici di nuova generazione, sempre più miniaturizzati, riducono la dipendenza da riferimenti temporali esterni, come quelli forniti dai sistemi di navigazione satellitare, la cui vulnerabilità a disturbi e spoofing è nota. La sincronizzazione temporale è infatti un requisito di funzionamento delle reti elettriche e di telecomunicazione moderne, e un riferimento locale più stabile è, in prospettiva, anche una misura di resilienza.
Sul fronte della sicurezza, questa osservazione porta a una considerazione valida anche per le altre applicazioni esaminate: più un asset critico dipende da dati di misura sofisticati, più quei dati diventano un obiettivo. L’integrità e l’autenticità delle misure, la protezione dei canali che le trasportano e la capacità di rilevarne la manipolazione non sono un tema accessorio, ma una parte integrante della progettazione. Ed è esattamente il tema che si apre con l’integrazione dei sensori nei sistemi industriali connessi.
Sensori quantistici e IIoT: integrazione, standard e cybersicurezza
Dal punto di vista dell’architettura, un sensore quantistico è meno esotico di quanto il nome suggerisca. La parte quantistica resta confinata dentro lo strumento: atomi raffreddati e laser in una camera a vuoto, oppure un cristallo di diamante con le sue sorgenti ottiche e a microonde. All’esterno ciò che esce è un dato digitale come un altro, con le stesse esigenze di marcatura temporale, qualità e tracciabilità di qualunque misura di campo. L’integrazione non richiede dunque reti quantistiche. Richiede di risolvere quattro problemi molto terrestri.
Prototipi, dati e qualità delle misure
Il primo riguarda la natura fisica dello strumento. Il gradiometro ad atomi freddi descritto su Nature nel 2022 dal gruppo dell’Università di Birmingham, presentato dagli autori come prima mappatura a risoluzione sub-metrica con un sensore gravitazionale quantistico, ha una testa sensore di circa 75 chilogrammi. Laser ed elettronica di controllo occupano armadi per circa 250 chilogrammi, l’assorbimento è di circa 800 watt da una singola presa di rete, la cadenza è di circa 0,7 misure al secondo.
Non è un nodo da appendere a un traliccio: somiglia a uno strumento geofisico di precisione più che a un trasduttore industriale. Ne discende una lettura ragionevole, benché non ancora un modello consolidato: pochi nodi, costosi e molto accurati, collocati in punti strategici e utili anche come riferimento per tarare e validare una rete più fitta di sensori convenzionali.
Il secondo problema è il passaggio dal dato grezzo all’informazione. Nello stesso esperimento le misure subiscono un controllo di qualità che scarta gli adattamenti troppo imprecisi (resta utilizzabile circa il 98 per cento dei dati) e una correzione della deriva basata su misure ripetute in un punto di riferimento. Un’inferenza bayesiana restituisce poi posizione e profondità del tunnel con i relativi margini di incertezza.
Gli autori insistono sulla necessità di tradurre i dati in informazioni su cui un utente possa decidere. Per l’IIoT il corollario è concreto: la pipeline di acquisizione deve trasportare insieme al valore anche qualità e incertezza. Un sistema di manutenzione predittiva che tratta una lettura puntuale come esatta attribuisce al sensore una certezza che questo non ha.
Standard e sicurezza dei sensori connessi
Il terzo problema è la standardizzazione. A livello europeo il comitato congiunto CEN-CENELEC JTC 22, istituito nel 2022, ha un gruppo di lavoro dedicato a metrologia, sensing e imaging quantistici. La Strategia europea per il quantistico del luglio 2025 prevede per il 2026 una roadmap sugli standard e una sul quantum sensing. Dalle fonti consultate non emergono ancora profili di interoperabilità maturi per l’inserimento di questi strumenti nei sistemi di automazione: il lavoro è in corso.
Un dato dell’analisi McKinsey rende il tema meno astratto. Nella filiera del sensing quantistico applicazioni e servizi sono in larga parte gestiti dagli stessi produttori dell’hardware, che propongono soluzioni complete, mentre il software non è una componente autonoma. Per un operatore di infrastruttura questo si traduce in un rischio di dipendenza da un solo fornitore per l’intero ciclo di vita dello strumento.
Il quarto, il più vicino al mondo della sicurezza, è la cybersecurity. Un sensore quantistico connesso è un prodotto con elementi digitali: ha firmware, interfacce di rete e un ciclo di aggiornamento. Il Cyber Resilience Act (Regolamento (UE) 2024/2847) prevede la notifica delle vulnerabilità attivamente sfruttate e degli incidenti gravi dall’11 settembre 2026, anche per i prodotti già sul mercato. L’eventuale classificazione di rischio dipende dal prodotto e dalle sue funzioni.
Per chi lo impiega in un’infrastruttura essenziale si aggiunge la gestione del rischio sulla catena di fornitura prevista dall’art. 21 della direttiva NIS2. La stessa Strategia europea collega calcolo, comunicazione e sensing quantistici alla NIS2 e chiede che adottino fin dall’inizio misure di sicurezza di livello elevato, controlli di integrità della filiera e capacità di risposta agli incidenti.
Crittografia post-quantistica per strumenti destinati a durare
C’è poi la questione del tempo. Un sensore installato oggi in un’infrastruttura resterà in servizio per decenni. La roadmap coordinata per la transizione alla crittografia post-quantistica, elaborata dagli Stati membri nel gruppo di cooperazione NIS e pubblicata nel giugno 2025, fissa al 2030 la migrazione dei casi d’uso ad alto rischio, tra cui le infrastrutture critiche. Tra i requisiti di fondo indica l’agilità crittografica e gli aggiornamenti firmware sicuri abilitati per impostazione predefinita.
Vi è anche un aspetto di riservatezza: una mappa gravimetrica rivela la posizione di cavità, gallerie e sottoservizi, ed è plausibile trattarla come informazione sensibile, quindi esposta al rischio di raccolta oggi e decifrazione domani. Il paradosso è evidente: la rivoluzione quantistica che dà al sensore la sua sensibilità mette in discussione i canali su cui il dato viaggia. Chi progetta oggi un’architettura di monitoraggio deve prevedere che cifratura e chiavi possano essere sostituite senza rimpiazzare lo strumento.
Il mercato dei sensori quantistici tra manifattura e difesa
Le stime di mercato vanno lette con cautela: ogni analista usa definizioni diverse e i numeri variano molto da fonte a fonte. Quello che è solido è il quadro d’insieme: gli investimenti in start-up quantistiche sono esplosi nel 2025, raggiungendo 12,6 miliardi di dollari, ma oltre il 90% è andato al calcolo quantistico, mentre sensing e comunicazioni si sono divisi il resto. Il sensing è quindi un mercato più piccolo e meno finanziato, ma già misurabile: il consorzio industriale QED-C stima un fatturato di circa 470 milioni di dollari nel 2025, in forte crescita.
Nel lungo periodo, McKinsey prevede per l’insieme delle tecnologie quantistiche un mercato tra 60 e 100 miliardi di dollari nel 2035, trainato soprattutto dal calcolo. Tra i fattori di crescita del sensing, McKinsey indica i magnetometri — con applicazioni dall’imaging cerebrale alla manutenzione predittiva — mentre la domanda di sensori inerziali e gravimetrici viene in gran parte dalla difesa.
Ispezione dei chip e domanda industriale
Per la manifattura il caso più istruttivo è quello in cui lo strumento quantistico non monitora lo stabilimento ma ispeziona il prodotto. QuantumDiamonds, spin-off dell’Università tecnica di Monaco, usa centri azoto-vacanza nel diamante per mappare le correnti dentro i chip avanzati senza aprirli.
Ha annunciato 152 milioni di euro per una fabbrica nella città e a luglio 2026 ha chiuso un round da 91 milioni, di cui 76 in finanziamenti pubblici europei legati al Chips Act. I primi sistemi risultano installati negli Stati Uniti e a Taiwan, e secondo la società nove dei dieci maggiori produttori di chip sarebbero coinvolti.
McKinsey cita l’iniziativa come segnale del passaggio dai prototipi alla scala industriale: il cliente è abituato a pagare strumentazione costosa, il valore è misurabile nella resa produttiva e il sensore è un banco di prova, non un nodo di rete.
McKinsey, Quantum Technology Monitor 2026
Per il resto della manifattura il collo di bottiglia è la domanda: la Strategia europea riconosce che l’Europa manca di grandi utilizzatori pionieri e punta su sfide settoriali e appalti innovativi, con gestori di infrastrutture e servizi pubblici come primi clienti. Nei prossimi anni è prevista anche una rete europea di gravimetri a terra, utile anche al monitoraggio delle infrastrutture critiche.
Difesa e navigazione senza GNSS
Nella difesa la domanda è già strutturata. McKinsey cita tra i segnali di maturità i contratti statunitensi a Honeywell e la selezione di Q-CTRL da parte di DARPA. Nell’ottobre 2025 Infleqtion e la Royal Navy hanno annunciato la prima installazione di un orologio atomico ottico su un sottomarino autonomo: secondo la società la prova ha confermato il funzionamento su più immersioni, ma resta una validazione, non ancora un impiego operativo.
La Strategia europea indica tra le priorità la sfida su posizionamento, navigazione e temporizzazione quantistici (2025-2027), prototipi di navigazione quantistica da testare sui satelliti Galileo e una roadmap su sensing, spazio e difesa entro il 2026, citando esplicitamente anche l’Italia tra i Paesi che investono in sensori ad atomi freddi per la navigazione senza GNSS. (Fonti: comunicato Infleqtion, 28 ottobre 2025; McKinsey e Commissione europea, Quantum Europe Strategy 2025, vedi sopra)
Filiera, standard e Quantum Act
Due condizioni tracciano il perimetro di questa crescita. La prima è la filiera: il sensing dipende da laser, ottiche, rivelatori e sistemi per il vuoto, e la Commissione ha avviato una valutazione delle vulnerabilità della catena di fornitura quantistica, con primi risultati attesi nel 2026.
La seconda è la normativa: il Quantum Act annunciato per il 2026 dovrà tradurre queste priorità in strumenti vincolanti. In sintesi, a decidere i tempi non sarà la fisica ma la capacità di miniaturizzare e irrobustire gli strumenti, standardizzarne l’integrazione, garantirne la cybersicurezza e trovare clienti disposti a fare da apripista.
Riferimenti su sensori quantistici e infrastrutture critiche
- Stray et al., Quantum sensing for gravity cartography, Nature 602, 590-594 (2022).
- McKinsey, Quantum Technology Monitor 2026.
- QED-C, State of the Global Quantum Industry 2026, aprile 2026 — quantumconsortium.org
- Commissione europea, Quantum Europe Strategy, COM(2025) 363, 2 luglio 2025.
- Commissione europea, pagina Quantum.
- CEN-CENELEC, Quantum Technologies, JTC 22.
- Commissione europea e Stati membri, Coordinated Implementation Roadmap for the Transition to Post-Quantum Cryptography, giugno 2025.
- Regolamento (UE) 2024/2847 (Cyber Resilience Act) e direttiva (UE) 2022/2555 (NIS2)
- Infleqtion, comunicato sul test con la Royal Navy, 28 ottobre 2025.
- QuantumDiamonds, comunicato sul round da 91 milioni, 9 luglio 2026.
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