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Tecnologia

La tecnologia quantistica: potenzialità e prospettive scientifiche e sociali

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Il monitoraggio attivo, l’anticipazione, l’agilità e l’adattamento a questa nuova minaccia saranno ora bussole essenziali per navigare tra l’informatica quantistica e la cybersicurezza.

di Antonio Virgili – presidente comm. Cultura Lidu onlus

L’Accademia Reale Svedese delle Scienze ha premiato Alain Aspect, John F. Clauser, Anton Zeilinger con il premio Nobel per la Fisica 2022 “per esperimenti con fotoni entangled, stabilendo la violazione delle disuguaglianze di Bell e pionieristica scienza dell’informazione quantistica.  L’entanglement, o correlazione quantistica, è un legame fra due o più particelle che hanno proprietà correlate e questa unione ha effetti sul sistema fisico: qualsiasi azione o misura sulla prima ha un effetto istantaneo anche sulla seconda (e viceversa) anche se si trova a distanza.  L’era dell’informatica quantistica è appena iniziata ma le sfide sono già numerose.

Il monitoraggio attivo, l’anticipazione, l’agilità e l’adattamento a questa nuova minaccia saranno ora bussole essenziali per navigare tra l’informatica quantistica e la cybersicurezza.

L’oramai prossimo arrivo in Italia del primo computer quantistico, che sarà installato a Napoli grazie ad una collaborazione tra il Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Napoli Federico II e l’azienda internazionale SEEQC, suscita quindi interesse per molti aspetti.

A livello internazionale è la conferma dell’alto livello della ricerca e degli studi di Fisica in Italia, ciò testimoniato non solo dai sei premi Nobel per la Fisica ottenuti nell’ultimo secolo (il più recente con Parisi, nel 2021) ma anche per Amaldi, Majorana, Pontecorvo, Pancini e tanti altri valenti fisici che ne hanno seguito le orme.  Ѐ quindi un’opportunità per riposizionare la ricerca italiana, che nelle scienze fisiche e matematiche ha sempre vantato eccellenze, in un contesto di rapida innovazione tecnologica guidato nel mondo, in questo settore, da pochissimi Paesi.   Anche a livello nazionale è una conferma, stavolta delle potenzialità della ricerca scientifica del polo di Napoli, essendo il computer quantistico un prototipo con tecnologia sviluppata proprio nell’Università Federico II, una delle più antiche università statali laiche del mondo.

L’idea di tale nuovo polo è quella di rendere fruibile l’apparecchiatura anche per le imprese e altri campi della fisica, con la SEEQC che vuole lanciare sul mercato italiano la prima piattaforma di quantum computing che avrà un approccio industriale, commerciale ed applicativo.   I quantum computer, sono calcolatori che sfruttano le leggi della fisica e della meccanica quantistica, che studia le particelle subatomiche: la loro unità è il qubit, legato allo stato in cui si trova una particella o un atomo.    La particolarità di questo polo quantistico-informatico italiano è di unire un processore quantistico a tecnologie computazionali digitali. combinando la computazione classica con quella quantistica ed i superconduttori.

Ѐ bene precisare che il tipo di computer tradizionale oggi in uso resterà ancora per molto l’opzione più efficiente ed economica per la maggior parte delle operazioni convenzionali. Diverso è il caso di settori come la scienza dei materiali, l’industria farmaceutica, la fisica delle particelle e alcune applicazioni militari: in questi scenari un processore quantistico potrà davvero cambiare completamente le regole del gioco, rendendo possibili avanzamenti tecnologici di vastissima portata e difficili da prevedere a priori.  Per tale motivo, ormai da alcuni anni, le comunicazioni quantistiche e i computer quantistici sono annoverati fra le tecnologie strategiche che saranno decisive nel determinare gli equilibri geopolitici ed economici nei prossimi decenni.

In tempi oramai brevi si pone il rischio per la sicurezza delle reti, poiché la minaccia che i computer quantistici riescano, prima o poi, a violare i protocolli di sicurezza con cui i nostri dati sono trasmessi e immagazzinati, appare il rischio più prossimo.  Già la prima limitata diffusione di computer quantistici e delle tecniche di crittografia quantistica avrà infatti un impatto notevole per la sicurezza delle reti.   La crittografia classica si basa sul presupposto che sia impossibile risolvere alcuni problemi matematici di particolare difficoltà in un lasso di tempo realistico. I sistemi come la distribuzione di chiavi quantistiche (Quantum Key Distribution, QKD) sono stati inventati proprio per scongiurare il pericolo che dati crittografati oggi possano essere decifrati domani, con l’aumentare della potenza degli strumenti di calcolo. É noto, per esempio, che computer quantistici molto potenti potrebbero efficacemente risolvere problemi, come la fattorizzazione di grandi numeri, intrattabili con i metodi classici, violando in tal modo gli algoritmi attualmente utilizzati per la distribuzione delle chiavi di cifratura e delle firme digitali.

Dal punto di vista delle comunicazioni ci sarà grande divario di velocità di trasmissione tra comunicazioni quantistiche e comunicazioni classiche, sebbene si stiano ancora sperimentando quali modalità siano efficacemente applicabili, a causa di una serie di problemi tecnici non ancora risolti.

Lo sviluppo dei computer quantistici sta comunque procedendo rapidamente. Alcuni ricercatori hanno recentemente affermato di aver raggiunto la supremazia quantistica, ovvero la capacità dei computer quantistici di eseguire calcoli complessi, inaccessibili anche a grandi cluster di supercomputer.  E la comunicazione quantistica su fibra ottica per la sicurezza dei processi industriali sensibili è una delle nuove frontiere della cybersicurezza, risultando questo un argomento complicato ma che affascina particolarmente il mondo della sicurezza, dato che l’informatica quantistica potrebbe rivoluzionare l’informatica così come la conosciamo oggi.   Ciò proprio grazie al “salto quantico”, ovvero alla possibilità di beneficiare di una potenza di calcolo ottimizzata e poter così compiere operazioni matematiche complesse, fino ad ora impossibili. Infatti il computer quantistico utilizza le proprietà della materia su scala infinitamente piccola per ottenere in pochi minuti calcoli che richiederebbero diverse migliaia di anni con i computer più potenti di oggi.

Tuttavia, prima di dar credito a informazioni che ipotizzano una minaccia quantistica cyber-criminale, la minaccia potrà soprattutto assumere una piega geopolitica. I primi Stati a vincere la corsa per padroneggiare la tecnologia quantistica avranno la supremazia sugli altri, un po’ come avvenuto precedentemente con le potenze nucleari. Attualmente la sfida sembra giocarsi tra Cina e Stati Uniti. Sostanzialmente, affinché i cybercriminali non statali dispongano di quest’arma, ci vorrà ancora molto tempo. Il computer quantistico diviene un nuovo strumento per lo spionaggio industriale e statale, persino per la destabilizzazione geopolitica, così che il tema della sicurezza nazionale è preso molto sul serio da molti Paesi.

Questa minaccia latente, o l’uso malevolo della quantistica, consiste nell’attacco alle chiavi di crittografia asimmetrica, che porterebbe al collasso di tutti i sistemi informativi che si basano sulla crittografia, collasso anche chiamato “apocalisse quantistica‘, secondo un’espressione in uso nel mondo anglosassone.  Dal punto di vista delle imprese si teme che la sicurezza dei propri sistemi informativi non sia più garantita in breve tempo, situazione allarmante tenuto conto che quasi tutto ciò che le persone fanno oggi su Internet, dagli acquisti online alle operazioni bancarie, è crittografato. Ma una volta che un computer quantistico funzionante sarà in grado di decifrare queste chiavi, potrebbe creare la possibilità di svuotare conti bancari o portafogli di criptovalute, oltre a far crollare i sistemi di difesa nazionale.

Dopo aver raggiunto la supremazia quantistica il prossimo passo sarà passare al vantaggio quantistico, cioè all’effettiva progettazione di algoritmi da far svolgere ai computer quantistici del prossimo futuro.

Oltre al settore militare ed a quello aeronautico-spaziale, le applicazioni delle tecnologie quantistiche investiranno l’ingegneria chimica e biologica (si spera con positive ricadute di tipo sanitario e terapeutico), i servizi finanziari, le produzioni manifatturiere ad alta tecnologia (la cosiddetta industria 4.0) e, non ultimo, l’Intelligenza Artificiale.  Probabilmente è proprio la confluenza dell’enorme velocità quantistica con l’Intelligenza Artificiale che apre a scenari molto nuovi ma pure potenzialmente pericolosi.  Le ricadute dell’Intelligenza Artificiale quantistica spaziano su molti ambiti di applicazione, dalla salute all’aerospazio, dall’ottimizzazione dei processi industriali alla sicurezza, al riconoscimento di immagini. I computer quantistici sono il fenomeno emergente che darà nuova linfa e potenza computazionale all’intelligenza artificiale, offrendo però anche uno strumento molto potente di controllo (dittatura?) sociale.  Ancora una volta occorre disciplinare dei fenomeni in continua evoluzione e non ancora pienamente compresi, si tratta di una sfida impegnativa per gli analisti, i legislatori e i decisori politici nazionali e internazionali.

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