4 scenari futuribili sul quantum computing
1) sovranità quantistica: alcuni paesi adottano il quantum computing per garantire la sicurezza nazionale attraverso la crittografia quantistica, creando un nuovo paradigma di sicurezza informatica.
2) rivoluzione farmaceutica quantistica: il mondo è talmente “illuminato” che mette questa grande potenza di calcolo al servizio della salute pubblica. Il quantum computing rivoluziona la ricerca farmaceutica, consentendo la simulazione accurata di molecole e interazioni atomiche per accelerare lo sviluppo di nuovi farmaci.
3) viaggi interstellari quantistici: I computer quantistici diventano il cuore dei sistemi di navigazione interstellare, ottimizzando percorsi attraverso la manipolazione di entanglement quantistici e sfruttando la sovrapposizione quantistica per simulare simultaneamente molteplici rotte.
4) l’internet degli universi: sfruttando le peculiarità della meccanica quantistica, si sviluppano reti di comunicazione che possono connettere universi paralleli. Questo paradigma permette lo scambio di informazioni tra realtà alternative, aprendo nuove prospettive nella comprensione della natura della realtà stessa.
I 5 perchè
Uno. Perché il Quantum Computing è importante per il futuro?
Due. Perché ci serve ulteriore capacità di calcolo?
Tre. Perché dobbiamo per forza continuare a progredire? Non possiamo fermarci e stare bene come stiamo oggi?
Quattro. Perché il quantum computing può aiutare? Ma, più che altro, basterà?
Cinque. Perché simulare il futuro può aiutarci a risolvere problemi?
News dal futuro
Nell’editoriale della settimana gli incredibili fatti che stanno portando alla nascita della città California Forever e di come questo “wannabe” micro-stato non sia un’opzione desiderabile.
QUANTUM COMPUTING
I computer classici parlano nel linguaggio dei bit, che, come sapete, assumono valori di zero e uno. Potete pensare ad un interruttore della luce, zero vuol dire spento, uno acceso. I computer quantistici utilizzano invece i qubit, che possono assumere il valore di zero o uno e anche una combinazione complessa di zero e uno allo stesso tempo.
È come avere un interruttore della luce che può essere acceso e spento contemporaneamente. Questa speciale capacità dei qubit è chiamata superposizione. Permette ai computer quantistici di considerare molte possibilità contemporaneamente, rendendoli potenzialmente molto potenti per alcuni tipi di calcoli. Per quanto lo possiate ritenere bizzarro, questo vuol dire che i qubit sono quindi esponenzialmente più potenti dei bit, in grado di eseguire calcoli che i normali bit non possono fare. Ma, a causa di questo cambiamento elementare, tutto deve essere ripensato: l’hardware, il software, i linguaggi di programmazione e persino l’approccio dei programmatori ai problemi.
PRINCIPIO DI DUALITA’
E come siamo arrivati a capire che esiste una fisica “diversa” da quella che percepiamo ogni giorno? Scoprendo il “principio di dualità onda-particella” in meccanica quantistica. Per capire meglio, immaginate di avere una particella, come un elettrone, e di osservarla in diversi contesti.
Quando gli scienziati osservano il comportamento degli elettroni, si rendono conto che possono mostrare sia caratteristiche di particelle che di onde. Questo fenomeno è simile alle onde prodotte dai sassi lanciati in uno stagno. Quando gli elettroni vengono “osservati” o interagiscono con qualcos’altro, sembrano comportarsi come particelle, sono in posizioni ben definite nello spazio.
D’altra parte, quando non vengono osservati o non interagiscono con nulla, possono diffondersi come onde, creando dei modelli di interferenza come le onde nello stagno. La particella sembra esplorare molte posizioni simultaneamente, come se fosse diffusa in uno spazio più ampio.
Il concetto di “osservazione” è cruciale in questo contesto. Nel mondo macroscopico in cui viviamo, non notiamo questo dualismo, perché gli oggetti macroscopici seguono leggi diverse. Ma a livello quantistico, l’atto di osservare o interagire con una particella influenza il suo comportamento.
Fatta questa mini-introduzione, non si può non citare un gigante della fisica, Richard Feynman che ad inizio degli anni ’80 fa un’osservazione tanto innocua apparentemente, quanto trasformativa. Richard Feynman suggerisce che i computer convenzionali hanno difficoltà nella simulazione accurata dei fenomeni quantistici, spingendo l’interesse per la creazione di computer basati su principi quantistici.
DA FEYNMAN AD OGGI
Appena un anno dopo, nel 1981, David Deutsch formula il concetto di un computer quantistico universale, stabilendo le basi teoriche per la costruzione di tali macchine. “Fast forward” all’inizio di questo millennio, dopo molto tempo e molti ulteriori studi, IBM e altri iniziano a realizzare i primi prototipi di qubit, l’unità di informazione quantistica. Le speranze di costruire computer quantistici funzionali cominciano a prendere forma. Nel 2016, Google annuncia il raggiungimento della “supremazia quantistica”, affermando che il suo processore quantistico Sycamore ha eseguito un calcolo che un supercomputer classico avrebbe impiegato migliaia di anni per completare.
A noi non interessa tanto che i computer quantistici siano più o meno veloci dei supercomputer tradizionali, quanto in che modo potranno aiutare lo sviluppo del genere umano. E per fare questo, è opportuno fare un piccolo passo indietro al 1994. L’utilità pratica di un computer quantistico è stata dimostrata solo nel 1994, quando il matematico Peter Shor, che lavorava presso i Bell Labs del New Jersey, dimostrò che un computer quantistico poteva aiutare a decifrare alcuni degli standard di crittografia più utilizzati.
Prima ancora di pubblicare i suoi risultati, Shor fu contattato da un rappresentante della National Security Agency, la famosa agenzia per la sicurezza NSA. Il funzionario scrisse “una tale capacità di decrittazione potrebbe rendere quasi irrilevanti le capacità militari del perdente e stravolgere la sua economia“. Quindi teniamolo a mente, un computer quantistico che riuscisse per primo a rendere leggibile tutto quello che oggi è segreto, rappresenterebbe una rivoluzione paragonabile alla macchina a vapore, la scoperta dell’atomo o il sequenziamento del DNA. O forse anche di più.
LE BANANE QUANTISTICHE
Ma per comprendere appieno gli scenari che sto per raccontarvi, vi chiedo ancora un ultimo sforzo, del resto qui stiamo parlando di scienza alla sua massima potenza. Non potevo tralasciare un’interpretazione del mondo e dell’universo che mi ha lasciato a bocca aperta.
Per capire dove ci possono portare le “bizzarrie” della fisica quantistica, voglio citare una fonte molto intrigante. Il fisico italiano Carlo Rovelli ha recentemente pubblicato un libro intitolato “Helgoland: making sense of the quantum revolution”. Ha stimolato grandissimi dibattiti sulla meccanica quantistica.
Prendete l’esempio delle “banane quantistiche”. Si, sono serio, non ho le allucinazioni. Noi sappiamo che la materia è fatta di cellule, atomi e molecole. Ma se guardiamo ancora più in profondità ci sono anche protoni, neutroni ed elettroni. Che possono essere ulteriormente ridotti a quark, leptoni e muoni e così via. Analogamente una banana è fatta dal suo strato esterno e dalla parte che mangiamo. E poi da cellule, atomi, elettroni e così via. Se mettessimo in fila tutte le molecole che compongono la banana avremmo una lunga fila di molecole. Non avremmo una banana lunghissima che si estende in linea retta, ma un mucchio di molecole che, in teoria, potrebbero essere utilizzate per qualcosa di diverso da una banana.
E se separassimo tutte le molecole di ogni singolo oggetto dell’universo e le mettessimo in un sacchetto? Se agitassimo il sacchetto e poi lo gettassimo via, non c’è motivo di pensare che le molecole si formino di nuovo nei loro oggetti originali. Si rimescolerebbero in modo diverso, dando vita ad infinite realtà diverse da quella in cui viviamo.
Questo introduce un concetto potente e bizzarro: la relatività quantistica. Questa suggerisce che su una scala minuscola, molto più piccola degli atomi, tutto potrebbe essere sparso in modo casuale. Immaginate di zoomare oltre i più piccoli elementi costitutivi della materia e potreste raggiungere un punto in cui tutte le cose nell’universo sembrano uguali. È come un vasto mare di piccoli pezzi quasi identici.
In questa visione, i concetti di “spazio” e “tempo” non avrebbero alcuna importanza. Il tempo sarebbe solo un modo per dare un senso a ciò che vediamo. E ciò che vediamo potrebbe essere solo la normale attività che si svolge in un universo quantistico. Quindi, nel quadro generale, la nostra realtà potrebbe essere solo una disposizione rapida e senza scopo di piccole particelle. L’intero universo potrebbe essere un breve sogno a occhi aperti causato da un’oscillazione quantistica. Praticamente siamo dentro Matrix.
SOVRANITA’ QUANTISTICA
Ora possiamo rilassarci e passare agli scenari, che a questo punto dovrebbero essere un poco più chiari.
Il primo è il “semplice” caso della Sovranità quantistica. Alcuni paesi adottano il quantum computing per garantire la sicurezza nazionale attraverso la crittografia quantistica, creando un nuovo paradigma di sicurezza informatica. Paesi leader nel campo della ricerca quantistica implementano reti di comunicazione e sistemi crittografici basati su principi quantistici. La crittografia quantistica sfrutta le proprietà della materia per garantire la sicurezza delle comunicazioni, rendendo virtualmente impossibile l’intercettazione di dati riservati. La sovranità quantistica diventa un nuovo standard, con l’implementazione di reti di comunicazione globali sicure che proteggono dati sensibili, transazioni finanziarie e informazioni governative.
Per proteggere i dati utilizzando computer quantistici, dobbiamo quindi passare a nuovi algoritmi crittografici resistenti agli attacchi quantistici, come ad esempio gli algoritmi basati sulla crittografia quantistica a chiave pubblica, che sfruttano proprietà quantistiche per garantire la sicurezza delle comunicazioni. Insomma, la stessa tecnologia sarà sia la spada che ci può uccidere, che lo scudo che ci può proteggere. A livello consumer, arriveremo ad avere firme digitali quantistiche che garantiscono l’integrità e l’autenticità dei dati in modo più sicuro rispetto alle firme digitali classiche.
Se oggi parliamo di “sovranità digitale”, la sovranità quantistica è ad un livello decisamente superiore. Se ci pensate bene, questo scenario implica che più Paesi arrivino quasi contemporaneamente ad avere computer quantistici in grado di decifrare qualsiasi crittografia. Nel mio scenario, ne fanno un uso praticamente utopico, semplicemente difendendosi. Non voglio immaginare lo scenario distopico nel quale un Paese o un’organizzazione prenda il controllo su tutto, potendo mettere a nudo qualsiasi segreto e qualsiasi sistema informatico altrui.
Intanto, molti big, si sono già messi all’opera sull’argomento. IBM ha sviluppato un’ampia gamma di prodotti e servizi per la sicurezza quantistica, tra cui la piattaforma IBM Quantum Experience e il servizio di distribuzione di chiavi quantistiche QKD. Microsoft ha investito nella startup PsiQuantum e ha sviluppato il proprio framework per la crittografia quantistica. Google, ancora, ha sviluppato il linguaggio di programmazione Cirq per la scrittura di algoritmi quantistici e ha collaborato con la NSA per la ricerca sulla sicurezza quantistica.
In conclusione, neanche troppo dietro le quinte, è una corsa a chi decritta per primo e chi si protegge per primo.
RIVOLUZIONE FARMACEUTICA QUANTISTICA
Il secondo scenario l’ho intitolato “Rivoluzione farmaceutica quantistica”. Il mondo è talmente “illuminato” che mette questa grande potenza di calcolo al servizio della salute pubblica. Il quantum computing rivoluziona la ricerca farmaceutica, consentendo la simulazione accurata di molecole e interazioni atomiche per accelerare lo sviluppo di nuovi farmaci. I ricercatori utilizzano computer quantistici per simulare interazioni molecolari a livello atomico in maniera estremamente dettagliata. Questo permette di progettare farmaci con maggiore precisione, accelerando notevolmente il processo di sviluppo. La personalizzazione dei farmaci diventa più accessibile grazie alla capacità di modellare interazioni molecolari specifiche al paziente. La medicina quantistica apre la strada a trattamenti altamente mirati, migliorando l’efficacia e riducendo gli effetti collaterali.
Alcuni piccoli e grandi player sono già all’opera. Pfizer e IBM stanno utilizzando il quantum computing per accelerare lo sviluppo di nuovi farmaci per il trattamento del cancro. La collaborazione è nata nel 2020. L’obiettivo è di utilizzare i computer quantistici per simulare il comportamento di molecole e proteine a un livello di dettaglio che non è possibile con i computer classici. E questo permetterà ai ricercatori di Pfizer di identificare nuovi bersagli terapeutici e di progettare nuovi farmaci più efficaci e con meno effetti collaterali.
Novartis e Rigetti Computing, invece, stanno sviluppando algoritmi quantistici per la progettazione di nuovi antibiotici. Questo permetterà ai ricercatori di Novartis di identificare bersagli terapeutici per i batteri resistenti agli antibiotici e di progettare nuovi antibiotici più efficaci.
Pensate all’idea ed alla potenza del concetto di sviluppare medicine personalizzate sul singolo. E grazie alla potenza e velocità di calcolo dei computer quantistici potremmo farlo andando a guardare e testare in anticipo gli effetti di tali medicine sul singolo. Praticamente avremmo una sorta di macchina del tempo che ci consente di andare nel futuro a vedere se il nostro corpo, e non quello di un altro, reagisce bene ad una cura. Strepitoso, probabilmente troppo costoso e molto visionario per ora… ma negli anni ’70 anche l’idea di avere un personal computer in ogni casa sembrava una fandonia. Oggi tutti ne abbiamo anche più di uno.
VIAGGI INTERSTELLARI QUANTISTICI
Per il terzo scenario, ho immaginato che questa straordinaria tecnologia sia applicata prevalentemente in ben altro ambito. Viaggi interstellari quantistici. Il quantum computing abilita la navigazione interstellare, consentendo viaggi più veloci grazie a sistemi di navigazione basati su principi quantistici. Viaggiare attraverso le stelle richiede la gestione complessa di variabili spazio-temporali. I computer quantistici diventano il cuore dei sistemi di navigazione interstellare, ottimizzando percorsi attraverso la manipolazione di entanglement quantistici e sfruttando la sovrapposizione quantistica per simulare simultaneamente molteplici rotte. Questa tecnologia apre la strada a esplorazioni spaziali più veloci ed efficienti, aprendo nuovi orizzonti nell’esplorazione del cosmo.
Oggi navigare il cosmo richiede una pianificazione estremamente accurata da farsi prima che un manufatto umano venga lanciato nello spazio. Domani sarà come avere un navigatore, un Google Maps, da poter utilizzare e riprogrammare a bordo con semplicità per decidere dove andare. Certo serviranno anche molte altre tecnologie per immaginare un’esplorazione spaziale con una navicella alla “Star Trek”, ma questa sarà una di quelle indispensabili.
Mi duole dire, però, che, se questa sarà la prima e principale applicazione degli sviluppi della materia, è perché probabilmente la Terra non starà tanto bene. Se dobbiamo sbrigarci ad andare lontano per colonizzare nuovi mondi, ciò sarà dovuto al fatto che avremo reso il nostro pianeta invivibile. È un potenziale scenario catastrofico, ma non è completamente da escludere.
L’INTERNET DEGLI UNIVERSI
Per il quarto scenario, mi richiamo un po’ al concetto di Matrix raccontato poco fa: l’internet degli universi. Il quantum computing consente la creazione di reti di comunicazione quantistica inter-universali, aprendo la strada a una nuova forma di connettività. Sfruttando le peculiarità della meccanica quantistica, si sviluppano reti di comunicazione che possono connettere universi paralleli. Questo paradigma permette lo scambio di informazioni tra realtà alternative, aprendo nuove prospettive nella comprensione della natura della realtà stessa.
Tradotto, se rimescolando le molecole della banana avete creato un nuovo pianeta o un diverso universo, potrete andare a vederlo o almeno “collegarvi in remoto”. Tuttavia, questa tecnologia solleva questioni etiche e filosofiche profonde riguardo alla gestione delle informazioni e alle possibili conseguenze di manipolazioni interdimensionali. Perché sicuramente è bidirezionale. Se noi possiamo entrare in un universo parallelo altrui, anche qualcun altro potrebbe entrare nel nostro. Solo fantasie? Attualmente non ci sono esperimenti in corso che mirano specificamente a creare una rete di comunicazione quantistica inter-universale. La tecnologia necessaria per realizzare una simile impresa è ancora agli inizi.
Tuttavia, ci sono diverse ricerche in corso che esplorano le basi teoriche e le possibili applicazioni di una tale tecnologia. Alcune aree di ricerca includono, per esempio, lo sviluppo di reti di comunicazione quantistiche a lunga distanza, come gli esperimenti di QKD (Quantum Key Distribution) su distanze sempre più elevate, piuttosto che lo sviluppo di nuovi protocolli di comunicazione quantistica.
WORMHOLE E CONCLUSIONI
Ma anche le ricerche sui wormhole quantistici potrebbero essere un precursore. Un wormhole è una sorta di ponte ipotetico nello spazio-tempo che potrebbe connettere due punti distanti dell’universo in modo più rapido di quanto sarebbe possibile attraverso lo spazio tridimensionale normale. E non si tratta di fantasie. Nella teoria della relatività generale di Einstein, i wormhole sono soluzioni matematiche delle equazioni di campo di Einstein, anche se non è chiaro se esistano realmente o come potrebbero essere stabili.
L’idea dei “wormhole quantistici” combina questa idea con i principi della meccanica quantistica, la teoria che descrive, appunto, il comportamento delle particelle subatomiche. In questo contesto, si ipotizza l’esistenza di tunnel quantistici che potrebbero permettere il trasferimento di informazioni o materia tra punti distanti dell’universo in modo più efficiente rispetto ai metodi convenzionali. Un campo di studio dal grande fascino!
In conclusione, questa tecnologia è ancora talmente agli albori, che gli scenari ipotizzabili sono quasi infiniti. L’evoluzione del quantum computing, oltre il 2035 / 2040, si tradurrà probabilmente in un’integrazione sempre più profonda con altre tecnologie emergenti come l’intelligenza artificiale avanzata, le nanotecnologie, la biotecnologia, l’esplorazione dello spazio. L’intersezione di queste discipline darà vita a scenari ancora più audaci, aprendo la strada a nuove frontiere nella scienza, nella medicina, nell’esplorazione spaziale e nella comprensione della realtà stessa.
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