Think Magazine Blog

I progressi recentimostrano quanto velocemente la tecnologia si stia evolvendo.
Entro questo decennio,i computer quantistici potranno portare importanti vantaggi in molti settori industriali e del servizio pubblico

Dagli albori dell'informatica, la capacità di calcolo è cresciuta esponenzialmente, ma ci sono ancora problemi che i computer di oggi non saranno mai in grado di risolvere. Per esempio, vorremmo essere in grado di simulare la chimica di nuovi farmaci e sviluppare materiali in grado di catturare il carbonio - e ridurre l'inquinamento su scala globale. Questi sono i tipi di problemi attualmente irrisolvibili che vengono esplorati dall'informatica quantistica: una tecnologia informatica fondamentalmente diversa che sfrutta le proprietà della meccanica quantistica per elaborare le informazioni.

Tuttavia, per affrontare tutte queste sfide, dobbiamo aumentare le nostre capacità di calcolo e conoscenze di questo nuovo tipo di calcolatori.

L'informatica quantistica non è più un concetto futuristico. Il mondo è entrato nel decennio quantistico - un'era in cui le imprese cominciano a vedere il valore commerciale di questo nuovo tipo di calcolo. I progressi senza precedenti di quest'anno nell'hardware, nello sviluppo del software e nei servizi avallano la forza di questa tecnologia, creando un ecosistema che apre la strada a ulteriori scoperte e aiuta il mercato a prepararne l'adozione.

I modelli chimici e l'ingegneria dei materiali, l'intelligenza artificiale, i modelli di rischio delle aziende, i calcoli finanziari e le simulazioni numeriche di ingegneria potrebbero tutti trarne beneficio nei prossimi anni. Molte altre applicazioni sono state identificate da organizzazioni pubbliche e private, centri di ricerca e università di tutto il mondo.

Prima di addentrarci in alcune aree di applicazione in settori specifici, è importante capire meglio gli orizzonti temporali dell'arrivo di questa tecnologia e gli obiettivi che IBM ha fissato per costruire sistemi abbastanza potenti da essere utilizzati per operazioni commerciali reali.

IBM ha reso pubblica la sua tecnologia dal 2016: è stata infatti la prima azienda del settore a rendere disponibile gratuitamente in cloud il primo prototipo di quantum computer e ha sviluppato Qiskit, un kit di sviluppo software open source. Oggi, più di 500.000 utenti si sono registrati per utilizzare i sistemi quantistici di IBM e il framework software per programmarli, Qiskit, è stato scaricato più di 1 milione di volte.

IBM ha anche tracciato una roadmap verso sistemi quantistici con più di 1 milione di qubit. Ma non si arriva a 1 milione senza arrivare prima a 100, traduardo che IBM ha raggiunto  2021, con il processore quantistico “Eagle” da 127 qubit. I computer classici possono simulare risultati simili a quelli dei circuiti quantistici, in una certa misura, ma ogni qubit aggiuntivo raddoppia la complessità di questo compito. Con 127 qubit, Eagle ci spinge oltre un territorio accessibile ai computer classici. L'accesso ai computer quantistici che montano il processore Eagle permette ai ricercatori sia nel mondo accademico che nell'industria di esplorare un territorio computazionale sconosciuto.

Naturalmente, non si può arrivare al calcolo quantistico pratico senza una piattaforma potente e flessibile che possa eseguire algoritmi quantistici sempre più sofisticati. IBM Quantum System Two, recentemente presentato, offre un esempio di architettura hardware modulare per ospitare i chip quantistici di ultima generazione. System Two, per esempio, supporta il processore IBM Quantum Osprey da 433 qubit, annunciato a fine 2022 e oggi dispobile online, e il processore IBM Quantum Condor da 1.121 qubit, previsto per la fine del 2023.

Al rilascio nel 2023 del chip da 1.121 qubit, crediamo che gli utenti industriali saranno in grado di esplorare applicazioni con un vantaggio quantistico: quando i computer quantistici saranno più economici, più veloci o più precisi dei computer classici nello stesso compito.

Nel frattempo, tutte le più grandi aziende stanno iniziando ad assumere talenti con competenze in informatica quantistica, per identificare e implementare soluzioni che sfruttino le nuove possibilità di questa frontiera dell’information technology. L'innovazione da sola non può sbloccare il pieno potenziale dell'informatica quantistica. I leader aziendali e tecnologici devono fare il salto ora o rischiano di rimanere indietro. Oggi, i partner di IBM, come Mitsubishi Chemical, Keio University, ExxonMobil, CERN, Daimler AG, Fraunhofer, il governo del Quebec e il CNR in Italia, collaborano con noi per esplorare nuovi casi d’uso e future applicazioni quantistiche man mano che hardware e software continuano ad evolversi.

L'industria dei servizi finanziariha storicamente applicato con successo vari modelli derivati dallo studio della fisica per aiutare a risolvere alcuni dei suoi problemi più spinosi.

L'applicazione della tecnologia quantistica ai problemi finanziari, in particolare quelli che riguardano l'incertezza e l'ottimizzazione vincolata, promette di portare grande vantaggi a questo settore. Le capacità di ottimizzazione del calcolo quantistico potrebbero in futuro aiutare i gestori degli investimenti a migliorare la diversificazione del portafoglio, a ribilanciare gli investimenti e a semplificare i processi di regolamento delle negoziazioni per i grandi portafogli in modo più efficiente.

Le innovazioni nelle capacità di calcolo quantistico potrebbero anche accelerare le simulazioni di scenari di rischio e migliorarne la precisione.

JPMorgan Chase, per esempio, già da alcuni anni collabora con IBM per lo sviluppo di metodologie di calcolo quantistico per la modellazione finanziaria, tra cui la determinazione del prezzo delle opzioni e l'analisi del rischio.

Anche per la segmentazione dei clienti e la modellazione delle previsioni, l'informatica quantistica potrebbe rappresentare un punto di svolta. Si prevede che le capacità di modellazione dei dati dei computer quantistici si dimostreranno superiori nel trovare modelli, eseguire classificazioni e fare previsioni che oggi non sono possibili a causa della complessità nell’analisi dei dati.

Nel settore sanitario, ci aspettiamo che l'uso dei computer quantistici in combinazione con i computer classici conferisca vantaggi sostanziali che l'informatica classica da sola non può offrire.

Uno degli ambiti di applicazione è rappresentato dalla medicina di precisione, che punta a identificare e spiegare le relazioni tra interventi e terapie da un lato e risultati dall'altro, per fornire le migliori azioni mediche a livello individuale. Tradizionalmente, la diagnosi della condizione di un paziente si basa prevalentemente sui sintomi riferiti dal paziente; questo è un compito che richiede tempo e si traduce in una diagnosi generica e in un trattamento associato che spesso falliscono. Ora, ci stiamo muovendo verso un approccio in cui è possibile sfruttare dati aggiuntivi per ottenere informazioni che ci permetteranno di identificare interventi personalizzati. L'informatica quantistica può essere in grado di accelerare il progresso verso questo nuovo approccio alla medicina.

Inoltre, l'informatica quantistica potrà contribuire nella scoperta di molecole che saranno la base per nuove scoperte farmaceutiche, stimoleranno lo sviluppo di nuovi farmaci e potrebbero aiutare a migliorare la capacità di trarre informazioni approfondite da dati complessi che sono al centro di alcune delle più grandi sfide nel settore sanitario.

Nel 2021, la Cleveland Clinic, centro medico accademico senza scopo di lucro che integra l'assistenza clinica e cure ospedaliere con la ricerca e l'insegnamento, ha collaborato con IBM per esplorare le capacità rivoluzionarie del calcolo quantistico insieme a scienziati e professionisti del settore sanitario. La ricerca dovrebbe concentrarsi su aree come la genomica, trascrittomica della singola cellula, salute della popolazione, applicazioni cliniche. Oltre all'IBM Quantum System One in sede, operativo dal marzo 2023, Cleveland Clinic ha accesso alla flotta attuale di IBM di più di 20 sistemi quantistici, accessibili tramite il cloud.

Questa nuova tecnologia è destinata inoltre a diventare uno strumento chiave di trasformazione per il settore manifatturiero. Con il suo impatto previsto sullo sviluppo e la progettazione del prodotto, sui processi di produzione e sulle attività della catena di approvvigionamento, potrebbe fornire un vantaggio decisivo a chi per primo ne sperimenterà l’utilizzo.

I computer quantistici potrebbero presto essere in grado di simulare le interazioni dei componenti all'interno di apparecchiature complesse, calcolando in modo più preciso e completo i carichi del sistema, i percorsi di montaggio, il rumore e le vibrazioni. Questa analisi integrata può ottimizzare la produzione dei singoli componenti nel contesto del sistema complessivo, riducendo i costi senza sacrificare le prestazioni.

Sarà inoltre possibile usare la tecnologia quantistica per trovare nuove correlazioni nei dati e migliorare i modelli di classificazione ben oltre le capacità dell'informatica classica. La combinazione di calcolo quantistico e apprendimento automatico, così come la sua applicazione all'ottimizzazione, dovrebbe avere un impatto significativo su diverse aree dell'industria manifatturiera.

Daimler sta lavorando sui processori IBM Quantum per capire come l'informatica quantistica farà avanzare lo sviluppo di nuovi materiali per le batterie dei veicoli elettrici e migliorare le tecniche di produzione automobilistica.

L’Italia ha davanti a sé una grande sfida e un grande ruolo da giocare sul quantum computing. Da una parte, le nostre università formano scienziati di prim’ordine, anche nell’ambito della fisica quantistica, e hanno già attivato corsi di informatica quantistica e gruppi di ricerca per il calcolo quantistico. Dall’altra parte le aziende italiane si interessano attivamente, collaborano, si relazionano con le università e creano un ecosistema. È fondamentale iniziare subito a lavorare e completare la missione 4, in un contesto di passaggio di competenze tra università e impresa con i centri di competenza dedicati alle tecnologie più all’avanguardia. IBM stima che oggi esistano solo circa 3.000 lavoratori quantistici qualificati, una base che dovrà essere raddoppiata se non quadruplicata.

Tuttavia, per coltivare una nuova generazione quantum-ready, l’intenzione è di potenziare l’offerta formativa anche nelle scuole superiori, utilizzando strumenti grafici di più immediata comprensione che semplifichino alcune nozioni e comincino a introdurre la meccanica quantistica ad una platea più ampia.

Il nuovo Osservatorio del Politecnico di Milano conferma questo trend. Per catalizzare queste iniziative, all’estero sono stati fondamentali i fondi pubblici, che in Italia sono arrivati grazie al PNRR. Il 2023 diventa quindi una reale e severa deadline entro cui l’Italia può diventare pronta ad utilizzare il quantum computing: è una sfida che riguarda tutti - università, istituzioni, imprese, centri di ricerca, startup e giovani – e sarà più semplice da vincere se affrontata assieme.

Intanto, il primo febbraio del 2022 il Cnr è entrato a far parte dell'IBM Quantum Network e sta conducendo ricerche sui sistemi attuali e guardando al dispiegamento di Condor, il processore da 1.121 qubit previsto da IBM per la fine del 2023. Ci saranno alcuni algoritmi per cui questa nuova tecnologia sarà profondamente vantaggiosa e industrie e università potranno quindi finalmente usare questo strumento in produzione. Questo traguardo non è così lontano e IBM è in prima linea per contribuire a raggiungerlo!

Federico Mattei - IBM Quantum Ambassador