La storia sembra ripetersi. Alcuni anni fa, quando l’intelligenza artificiale (IA) stava entrando nelle nostre conversazioni aziendali quotidiane, c’era molta confusione su ciò che questa innovazione avrebbe – e non avrebbe – realizzato per le aziende.
Di Terence Tse e Mark Esposito
L’interesse per la tecnologia quantistica si è recentemente ampliato in modo significativo, soprattutto con l’aumento della competitività a livello mondiale, in particolare tra le imprese americane e cinesi. Le tecnologie quantistiche, come l’IA di allora, sembrano essere ammantate di mistero, poiché le tre tecniche – calcolo quantistico, simulazione quantistica e rilevamento quantistico – hanno seguito percorsi di sviluppo e diffusione commerciale unici. Sebbene esista una pletora di informazioni pubblicamente disponibili sugli sviluppi della tecnologia quantistica, una breve introduzione alla natura della tecnologia, alle sue varie tecniche e alle sue implicazioni commerciali è probabilmente utile, se non preziosa, per coloro che desiderano addentrarsi rapidamente in questo argomento.
Tutto tranne l’informatica
Sebbene sia impossibile spiegare in dettaglio l’informatica quantistica in questa sede, un’analogia può aiutare a comprendere concettualmente il suo funzionamento. Consideriamo l’attraversamento di un labirinto bidimensionale. Un computer normale deve eseguire un percorso dopo l’altro fino a raggiungere l’uscita. Se, ad esempio, ci sono 256 percorsi possibili, il computer deve provarli tutti a turno. Al contrario, un computer quantistico può eseguire tutti i 256 percorsi contemporaneamente per trovare l’uscita. La chiave è che l’informatica quantistica non solo elabora le informazioni in modo esponenzialmente più veloce, ma gestisce anche un insieme più ampio di variabili contemporaneamente.
Si ritiene che le tecnologie quantistiche si avvalgano di fenomeni fisici che non possono essere efficacemente dimostrati o simulati dalla semplice fisica classica. Calcolando con i qubit in un ambiente quantistico, l’informatica quantistica è principalmente destinata a compiti grandi o complessi come l’ottimizzazione, la simulazione e l’analisi di grandi dati con l’uso dell’intelligenza artificiale. Così come non c’è una vera intelligenza nel termine AI, il termine “informatica quantistica” ci ha probabilmente confuso. Un’idea sbagliata comune è che i computer quantistici siano essenziali per cogliere i vantaggi conferiti dalla fisica quantistica, rendendo obsoleti i “computer classici”. Tuttavia, allo stadio attuale di sviluppo, l’hardware quantistico è molto delicato e può funzionare correttamente solo in condizioni molto specifiche. Pertanto, ci vorranno anni prima che i computer quantistici possano raggiungere una scala commerciale. Questo, a sua volta, significa che, almeno nel prossimo futuro, i nuovi dispositivi di calcolo quantistico lavoreranno insieme al sistema stabilito dalle macchine convenzionali.
Quantum per le aziende
Mentre la comunità imprenditoriale è sempre più interessata a conoscere le nuove applicazioni commerciali della tecnologia quantistica, in generale sono quattro le aree su cui si prevede che la tecnologia quantistica avrà un impatto nel prossimo futuro:
Crittografia
La cybersecurity è probabilmente la potenziale perturbazione più discussa che la quantistica potrebbe creare, poiché minaccerebbe la sicurezza dell’ecosistema digitale e dei big data delle imprese. Il motivo: il modo in cui l’informatica quantistica affronta i problemi matematici permette di decifrare le varie forme di crittografia su cui oggi facciamo affidamento. In effetti, già nel 1994 gli scienziati hanno dimostrato che ciò è possibile, a condizione che i dispositivi quantistici siano sufficientemente potenti. Peter Shor, in particolare, ha dimostrato come sarebbe semplice per un computer quantistico teorico violare molti algoritmi di crittografia a chiave pubblica comunemente utilizzati, come RSA e la crittografia a curva ellittica attualmente in uso a livello individuale, commerciale e nazionale per salvaguardare la riservatezza e la privacy di dati e informazioni sensibili. Anche se oggi le macchine quantistiche non hanno ancora sconvolto le tecniche di crittografia attualmente in uso, la minaccia si fa sempre più concreta con l’entrata in funzione di computer quantistici sempre più potenti.
Le minacce agli algoritmi crittografici standard del settore hanno portato a una serie di cambiamenti nel campo della sicurezza informatica. I crittografi hanno cercato di creare nuovi algoritmi di crittografia, noti come crittografia post-quantistica, impermeabili ai sistemi quantistici e in grado di proteggere i dati dei clienti, l’esecuzione dei processi e delle transazioni aziendali e le comunicazioni. Ad esempio, il Dipartimento della Sicurezza Nazionale degli Stati Uniti e il National Institute of Standards and Technology del Dipartimento del Commercio hanno collaborato per offrire alle imprese una tabella di marcia per proteggersi dalle minacce alla sicurezza informatica poste dall’informatica quantistica. Di conseguenza, è emersa una nuova ondata di algoritmi di crittografia post-quantistica, come la crittografia basata su reticoli, la crittografia basata su codici e la crittografia basata su hash. Un’altra risposta è stata lo sviluppo della Quantum Key Distribution o QKD, in cui mittente e destinatario utilizzano metodi quantistici per stabilire chiavi simmetriche.
Le aziende devono reagire prontamente. Una risposta consiste nell’aggiornare le strategie e gli strumenti di conformità con politiche e procedure a prova di quantum, per essere in grado di salvaguardare i processi digitali privati, i dati e le transazioni. Se le aziende reagiscono in modo sbagliato e inadeguato ai rischi di cybersecurity sollevati dall’informatica quantistica, rischiano di perdere il loro vantaggio di mercato e di danneggiare potenzialmente il loro marchio. Individuando le falle nel software e nell’hardware di terzi e racchiudendo le loro informazioni proprietarie, l’informatica quantistica ha il potenziale di compromettere la proprietà intellettuale e la catena di fornitura delle imprese. Dato che l’informatica quantistica potrebbe individuare e sfruttare rapidamente le falle di sicurezza, potrebbero proliferare anche pratiche illecite. Gli attacchi informatici avanzati possono essere condotti da hacker malintenzionati che sfruttano le falle negli algoritmi di crittografia e in altre misure di sicurezza.
Simulazione
Per le aziende farmaceutiche, la scoperta dei farmaci, lunga, complessa e costosa, è spesso il risultato di perseveranza e fortuna. La simulazione di ingegneria chimica quantistica consente agli scienziati di comprendere meglio la struttura e le proprietà molecolari, facilitando la selezione e la sintesi delle molecole di farmaci giuste. Di fatto, le simulazioni consentono di farlo anche senza sintetizzarle. Questo, a sua volta, potrebbe abbassare i costi di ricerca e sviluppo e ridurre i tempi di scoperta dei farmaci. Un computer quantistico calcola tutti i potenziali risultati in una sola volta, invece di analizzare ciascuno di essi separatamente. L’elaborazione in parallelo da parte dei computer quantistici, in particolare, ha facilitato la simulazione efficiente di sistemi complessi.
Ottimizzazione
Il fatto che la tecnologia quantistica sia in grado di considerare tutte le possibili soluzioni a un problema per trovare la migliore lo rende unico nel suo genere, in grado di affrontare problemi di ottimizzazione (massimizzazione dei ricavi o minimizzazione dei costi), soprattutto quando i problemi comportano molti vincoli e variabili. Ciò ha enormi implicazioni commerciali, in quanto una serie di operazioni può trarre vantaggio dall’ottimizzazione, compresa la catena di approvvigionamento.
L’uso di algoritmi di ottimizzazione come strumento per selezionare le soluzioni o le procedure migliori può trasformare profondamente attività come il settore dei trasporti o i sistemi energetici, che si basano sull’ottimizzazione per misurare le loro prestazioni, come la posizione ottimale delle turbine eoliche. In situazioni finanziarie che comportano elevate incertezze e volatilità nel comportamento degli asset, dei prezzi, dei profitti e delle perdite, gli algoritmi di ottimizzazione dell’apprendimento automatico quantistico potrebbero essere utilizzati per raggiungere obiettivi come l’ottimizzazione del portafoglio e il credit scoring.
Rilevamento
La tecnologia di rilevamento quantistico non è matura come la crittografia quantistica o le comunicazioni quantistiche, ma il suo sviluppo e utilizzo sono promettenti. I sensori quantistici, che utilizzano attributi della meccanica quantistica come l’entanglement quantistico, hanno aumentato la precisione e l’accuratezza delle tecnologie dei sensori e dei metodi di misurazione, connettività e interazioni con l’ambiente che ci circonda. Il rilevamento quantistico raccoglie informazioni a livello atomico con elevati progressi in termini di sensibilità e risoluzione spaziale, consentendo la creazione di dispositivi di rilevamento immensamente affidabili, efficaci e meticolosi. La maggiore sensibilità delle tecnologie di rilevamento quantistico, unita alla loro maggiore specificità, alla migliore accuratezza nella raccolta delle informazioni, alla natura non invasiva dell’imaging e alle caratteristiche di imaging multi-modello, hanno ridefinito il settore dell’imaging biomedico. I sensori quantistici sono in grado di riconoscere variazioni relativamente minime delle caratteristiche fisiche o chimiche e di distinguere tra molecole o segnali fortemente legati, aumentando la loro specificità e sensibilità. Le reti neurali convoluzionali quantistiche (QCNN) possono essere impiegate in altri settori come i trasporti, la difesa e la sostenibilità, potenziando il comportamento dei dati di addestramento. Il rilevamento quantistico nei cieli, nei mari o sulle strade può essere utilizzato per la navigazione in situazioni in cui il GPS non è disponibile, poiché i sensori quantistici sono inattaccabili e adatti all’uso in qualsiasi condizione atmosferica. Questa funzionalità ha ampliato le applicazioni del rilevamento quantistico nella navigazione militare e civile.
Dove siamo ora?
Secondo un recente sondaggio, il 48% delle aziende britanniche ritiene che l’informatica quantistica svolgerà un ruolo commerciale entro il 2025. In effetti, molte di loro vedono la necessità di stabilire punti di prova e strategie nei prossimi due anni, perché prevedono chiaramente che l’informatica quantistica sarà trasformativa per la loro attività entro i prossimi tre-cinque anni. Il recente rapporto di McKinsey mostra che i finanziamenti alle startup che lavorano sulle tecnologie quantistiche sono raddoppiati, passando a 1,4 miliardi nel 2021 dal 2020, e il valore del mercato ha il potenziale per superare i 90 miliardi di dollari entro il 2040. Tuttavia, questo potrebbe essere troppo ottimistico. Se l’adozione dell’intelligenza artificiale è un dato di fatto, poche aziende si affretteranno ad adottare una nuova tecnologia, per quanto vantaggiosa possa essere. Questo perché la piena integrazione di una nuova tecnologia nelle operazioni aziendali pone spesso sfide significative. Si va dai problemi tecnici e di infrastruttura IT agli ostacoli non specifici della tecnologia, come i vincoli di budget e i rischi in caso di fallimento della tecnologia.
Tuttavia, nonostante questo dato incoraggiante, le risposte delle istituzioni – come le nuove normative sulla sicurezza – e le capacità delle aziende – come la mancanza di competenze e professionalità adeguate – possono impedire la diffusione dell’informatica quantistica. L’introduzione dell’informatica quantistica nelle organizzazioni richiede una trasformazione a livello aziendale, che comprenda la strategia, le procedure e i processi, la cultura e le persone, nonché l’integrazione con altre tecnologie già in uso.
A livello culturale e umano sono necessari l’impegno dei vertici aziendali e degli azionisti, nonché l’esperienza e le conoscenze adeguate delle risorse umane. Le aziende dovrebbero innanzitutto adeguare le loro attuali tecnologie digitali per meglio allinearsi alle caratteristiche uniche dell’informatica quantistica. Inoltre, le organizzazioni dovrebbero ristrutturare i processi e le procedure per sfruttare meglio la tecnologia. Le soluzioni tecnologiche esistenti, sia software che hardware, dovrebbero invece essere in grado di lavorare con le tecnologie di calcolo quantistico. Nel complesso, ci aspettiamo che una nuova ondata di trasformazione digitale, che chiamiamo “trasformazione quantistica”, si manifesti in tutte le dimensioni dell’azienda. L’impiego dell’informatica quantistica richiede aziende lungimiranti, in grado di prevedere l’impatto dell’informatica quantistica sulle loro attività e le alternative praticabili che possono fornire per rimanere competitivi sul mercato.
Informatica quantistica come servizio
A causa delle numerose applicazioni della tecnologia quantistica, si stanno sviluppando nuovi modelli di business che forniscono l’informatica quantistica come servizio (QCaaS), ovvero servizi cloud che forniscono ai clienti l’accesso alle piattaforme di calcolo quantistico via Internet. Il modello di servizio QCaaS basato sul cloud, utilizzato da aziende come Honeywell, Amazon, IBM e Google, ha il potenziale per accelerare lo sviluppo di stack software e le prestazioni di vari dipartimenti aziendali come l’analisi dei clienti, il marketing, la R&S e l’analisi di mercato. L’ottimizzazione e l’analisi dei dati basati sui quanti, così come il riconoscimento di modelli e oggetti, saranno applicati per ristrutturare le operazioni aziendali. Amazon Bracket, ad esempio, è un servizio di calcolo quantistico di Amazon progettato per “accelerare la ricerca scientifica e lo sviluppo di software per il calcolo quantistico”. Cirg di Google, altra piattaforma di calcolo quantistico open-source, viene utilizzata per costruire e testare algoritmi.
Impatto sulla nostra società
Anche se siamo lontani anni dal vedere la tecnologia quantistica utilizzata su scala globale, questo non deve impedirci di considerare gli impatti sociali che tale tecnologia può generare. Ovviamente, l’ottimizzazione del traffico, dei percorsi di viaggio e della catena di approvvigionamento può aprire opportunità di riduzione delle emissioni di carbonio. Una migliore capacità di eseguire simulazioni porta a una più rapida scoperta di farmaci. Identificando nuovi composti e modellando interazioni e processi complessi nel nostro corpo, abbiamo maggiori possibilità di trovare nuovi trattamenti per malattie vecchie e nuove. Le simulazioni quantistiche possono anche portare allo sviluppo di processi più efficienti per la produzione di fertilizzanti a base di azoto: il 40% dell’impronta di carbonio di una pagnotta di pane deriva dall’azoto generato durante la produzione del fertilizzante per la coltivazione del grano. Inoltre, l’informatica quantistica può aiutarci a trovare un’alternativa più economica, più pulita e con meno risorse alle batterie agli ioni di litio che alimentano qualsiasi cosa, dall’iPhone alla Tesla.
Impatto sull’ambiente
La tecnologia potrebbe avere un effetto negativo sull’ambiente a causa del consumo di elettricità. Anche la produzione, la manutenzione e lo smaltimento dei computer quantistici potrebbero danneggiare l’ambiente e produrre rifiuti. Per ridurre gli effetti negativi imprevisti delle tecnologie quantistiche sul cambiamento climatico, le aziende devono adottare tecniche di calcolo e di produzione efficienti dal punto di vista energetico. Tuttavia, esiste un argomento convincente a favore del potenziale dell’informatica quantistica di rivoluzionare l’economia della decarbonizzazione e la lotta al cambiamento climatico. Secondo studi recenti, l’informatica quantistica sarà in grado di simulare la chimica delle batterie in modi che attualmente non sono possibili. La creazione di nuove tecnologie per la generazione e l’immagazzinamento dell’energia e l’identificazione di migliori strategie per combattere il cambiamento climatico saranno rese possibili dall’informatica quantistica. Si sostiene che il potenziale del calcolo quantistico per risolvere le simulazioni basate sulla fluidodinamica farà progredire i modelli, aumentando la nostra comprensione dei rischi futuri prevedibili e consentendo l’uso di strategie di mitigazione e adattamento adeguate. Inoltre, le infrastrutture energetiche potrebbero essere collocate in modo più sicuro grazie all’uso di modelli meteorologici e climatici migliorati. La combinazione di informatica quantistica e intelligenza artificiale quantistica potrebbe rivoluzionare anche le energie rinnovabili e sostenibili.
Impatto sulla scoperta dei farmaci
L’informatica quantistica può aiutare il settore estremamente redditizio ma altamente rischioso della scoperta di farmaci. Identificando le molecole in modo più rapido ed efficace, la tecnologia può aiutare le aziende farmaceutiche e biotecnologiche ad accelerare la scoperta di farmaci assistita da computer (CADD) e a sostituire le inefficaci procedure di prova ed errore con metodi basati sull’ingegneria. Il settore farmaceutico trarrà vantaggio dall’informatica quantistica lungo l’intera catena del valore, ma i suoi effetti principali si manifesteranno durante la fase di ricerca. Riducendo i costi e aumentando le possibilità di successo, la tecnologia può facilitare l’ingegneria delle proteine, la progettazione e la medicina di precisione, oltre a prevedere la struttura delle proteine e semplificare gli studi clinici.
Impatto sulla difesa
L’informatica quantistica ha un impatto enorme non solo negli ambienti civili ma anche in quelli militari. L’industria della difesa trarrà grandi benefici dai dispositivi PNT (Position, Navigation, and Timing) quantistici che faciliteranno la navigazione senza la necessità di riferimenti esterni come il GPS. I radar quantistici rivoluzioneranno enormemente anche la navigazione subacquea nei sottomarini e nei luoghi in cui si perdono i segnali GPS. Oltre a svolgere le normali operazioni di rilevamento e identificazione degli oggetti, i sistemi radar quantistici sono anche in grado di riconoscere e identificare piattaforme mimetiche RF e sistemi d’arma. La caratteristica più interessante di un radar quantistico è la capacità di utilizzare gli stati quantici dei fotoni per raccogliere informazioni su bersagli distanti, migliorando la sensibilità di misurazione.
Così lontani eppure così vicini
Siamo solo allo stadio nascente dell’informatica quantistica. L’hardware in grado di funzionare su scala commerciale è ancora piuttosto lontano. Tuttavia, è chiaro che la tecnologia quantistica offre numerose opportunità per creare un mondo migliore per tutti noi. Solo per questo motivo, vale la pena di familiarizzare con questa tecnologia e di seguirne da vicino gli sviluppi e le applicazioni.
Gli autori:
Mark Esposito è Ordinario di Economia presso Hult International Business School e Docente di Strategia alla Harvard University. Co-fondatore di Nexus FrontierTech;
Terence Tse è Ordinario di Finanza presso Hult International Business School. Direttore Esecutivo e Co-fondatore di Nexus FrontierTech.
