L’Italia ha la grande occasione di diventare il polo catalizzatore europeo (e globale) del quantum computing. Una tecnologia che è ancora nel suo stadio iniziale di sviluppo ma che ha un valore stimato di oltre 500 miliardi di dollari a maturità (stime The Boston Consulting Group). E che ha un impatto decisivo sull’industria e in particolare su settori come chimica e farmaceutica, automotive, aerospazio ed energia, nonché sulla finanza grazie alle capacità aumentate in aree come la simulazione, la catalogazione e l’ottimizzazione.
Se n’è parlato nel corso di un evento dal titolo “Quantum computing e Quantum Secure Communications: un’agenda per l’Italia”, organizzato da Anitec-Assinform, l’Associazione Italiana per l’Information and Communication Technology (Ict) aderente a Confindustria e guidata dal presidente Marco Gay. Con la partecipazione, tra i relatori, di esponenti di Miur, Cnr, Ministero della Difesa e di diverse aziende come Eni, Dompé, IntesaSanpaolo.
«L’informatica quantistica rappresenta una grande opportunità per l’Italia, in termini di innovazione tecnologica e crescita economica – dice Eleonora Faina, direttrice generale dell’associazione – Il Quantum Computing e le Quantum Secure Communication costituiscono infatti al contempo una grande sfida e una grande opportunità per l’Italia, che il Paese è determinato a cogliere anche attraverso i fondi del Pnrr, fondamentali per sviluppare un ecosistema nazionale di ricerca pubblica e privata e costruire un futuro più sostenibile e avanzato dal punto di vista tecnologico».
Un’agenda per l’Italia: perché è fondamentale fare sistema
Ma perché l’occasione non vada persa è necessario fare sistema. «È necessario – continua Faina – La collaborazione tra pubblico e privato è indispensabile per coniugare gli aspetti scientifici e metodologici dell’informatica quantistica con i profili applicativi di interesse industriale. Allora dovremo pianificare per formare nuove competenze specialistiche, per disporre di infrastrutture e soluzioni nei settori dell’informatica quantistica e della sicurezza delle comunicazioni quantistiche». Il primo passo è la divulgazione, «con due obiettivi per rilanciare i contenuti che le nostre aziende hanno e sono necessari per il dibattito pubblico e dunque per favorire collaborazioni del sistema confindustriale con realtà che sono esterne».
Anitec-Assinform propone alcune politiche chiave, tra cui il completamento della missione 4 del Pnrr per creare centri di competenza dedicati alle tecnologie più all’avanguardia, la realizzazione di un’infrastruttura di rete fissa per la Qkd (Quantum kit development, pacchetti di strumenti per sviluppare con la nuova tencologia) ad esempio nelle aree metropolitane e nei distretti industriali, e il consolidamento delle attività testing nonché la realizzazione di una rete geografica di distribuzione delle chiavi crittografiche come servizio di sicurezza. Inoltre, è importante attuare sin da subito le indicazioni previste dalla Misura #22 del Piano di Implementazione della Strategia Nazionale di Cybersicurezza 2022-2026, che promuove l’uso della crittografia fin dalla fase di progettazione di reti, applicazioni e servizi.
Quantum computing: un cambiamento di paradigma che ha un impatto enorme sull’industria
È importante capire cosa sia l’informatica quantistica e perché rappresenti una rivoluzione. L’informatica quantistica utilizza le proprietà quantistiche della materia, come la sovrapposizione degli stati e l’entanglement, per effettuare operazioni su dei dati. A differenza di un calcolatore classico, basato su dati binari (codificati come bit, 0 o 1), il calcolatore quantistico opera con bit quantistici, o qubit, il cui valore corrisponde simultaneamente a più valori classici. La simultaneità è il tratto caratteristico della tecnologia di cui parliamo: poiché le operazioni si possono svolgere in parallelo e non più solo in sequenza, un computer quantistico è capace di analizzare sistemi complessi, cosa che l’informatica classica non riesce a fare. Ed è in questa caratteristica che stanno le maggiori opportunità per l’industria.
Ne ha parlato Federico Mattei Coordinatore White Paper nel Comitato R&S&I, Anitec-Assinform presentando lo studio “Il Quantum Computing a supporto della Trasformazione Digitale Italiana”. «Cosa si può fare oggi con questa tecnologia? – si domanda Mattei – Essenzialmente tre cose: simulazione di scenari e comportamenti di sistemi complessi, come la struttura di nuove molecole per l’industria farmaceutica, ma anche la prototipizzazione nell’industria. La seconda abilità è l’ottimizzazione: la ricerca della soluzione ottimale tra diverse possibilità, utile ad esempio nella logistica e nell’aerospazio. E infine, riconoscimento e classificazione, ad esempio nelle attività antifrode o nel marketing. L’impatto è distruptive, ma le sfide sono enormi». E vanno dallo sviluppo dell’hardware, che richiede uno sforzo a livello europeo e italiano per individuare la tecnologia migliore delle 7 oggi in sperimentazione, «allo sviluppo di linguaggi di programmazione nuovi, all’applicazione dell’utilizzo dei computer quantistici nella ricerca e nel business».
Il quantum computing rivoluziona anche la cybersecurity
Il tema della sicurezza è altrettanto cruciale e ne parla Paolo Comi Coordinatore White Paper nel Comitato R&S&I, Anitec–Assinform, presentando il Report “Tecnologie Quantistiche per la sicurezza delle Comunicazioni Digitali”. «La logica del quantum è quella della meccanica – dice Comi – secondo cui un singolo fotone trasporta un qubit e quando arriva a destinazione viene distrutto. Quindi non viene letto. In questo modo riusciamo a trasmettere le chiavi crittografiche. La crittografia è un modo per rendere inintelligibili le informazioni. E può tornare in chiaro avendo una chiave simmetrica». Oggi le informazioni vengono trasmesse attraverso un meccanismo di chiavi pubbliche e private che richiede lo scambio di certificati attraverso un’infrastruttura informatica. «Un sistema che ha buon livello di sicurezza. Ma ha un difetto: si basa sulla complessità delle chiavi che per questo sono di difficile decrittazione, ma un computer quantistico a regime sarà in grado di individuarle grazie alla sua capacità di analisi di sistemi complessi».
La crittografia post quantum, oggi in sperimentazione, sarà la soluzione, ma per realizzarla serve un’infrastruttura di rete fissa per la QKD, i quantum development kit (insieme di strumenti che permetteranno ai team di sviluppatori quantum di creare applicazioni con questa nuova tecnologia) e una rete geografica di distribuzione delle chiavi crittografiche. «Cose per cui – precisa Comi – è necessaria la partecipazione pubblico-privata. L’Europa sta investendo tantissimo e dobbiamo farlo anche su scala nazionale: abbiamo la possibilità di realizzare una filiera tutta italiana per la costruzione di reti per la sicurezza. Le tecnologie che vengono usate adesso sono cinesi, giapponesi, coreane. Ma avere una tecnologia italiana è importante in tutti i casi dove serve un livello elevatissimo di sicurezza, dove ci sono informazioni che devono essere tenute al sicuro a lungo. Finanza, sanità, industria, scambio di dati tra stati membri dell’Ue».
Italia, sul tetto del mondo del quantum?
Secondo i dati dell’Osservatorio Quantum Computing & Communication del Politecnico di Milano, al momento solo il 14% delle grandi aziende italiane ha avviato una o più sperimentazioni in ambito Quantum Computing. Il governo italiano sta investendo risorse significative nella ricerca e nello sviluppo della tecnologia quantistica e ha annunciato progetti e programmi di formazione. Nello scorso mese di luglio ha dato il via a un investimento di 320 milioni di euro per tre anni nella tecnologia quantistica attraverso la costituzione del Centro Nazionale su High performance computer, Big Data e Quantum Computing, presso il Tecnopolo di Bologna dove è stato istallato il supercomputer Leonardo che ha fatto guadagnare al nostro Paese il quarto posto in una classifica mondiale fatta solo da pc Usa, cinesi e giapponesi. È un segnale positivo, ma ancora debole: in comparazione, ad esempio, ai 2,6 miliardi della Germania e agli 1,8 della Francia.
Formazione dei nuovi professionisti del quantum e ricerca e sviluppo: le strategie di Miur e Cnr
Mancano – ed è quasi emergenza – le competenze. «Abbiamo attivato centri di formazione trasversale e specialistica per docenti di scuole superiori e università nella convinzione che sia necessario un intervento multilivello sui formatori», ha detto Francesca Galli Dirigente di II Fascia – Ufficio di Gabinetto (Segreteria Tecnica), Ministero dell’Università e della Ricerca, che ha presentato i programmi sulla ricerca e sviluppo in Italia per i prossimi anni nell’ambito dello scenario del Programma Nazionale per la Ricerca 2021-2027 e dell’agenda per il completamento della missione 4 del Pnrr. Le competenze vanno sviluppate insieme alla microelettronica «per rendere il Paese indipendente da quello che accade in Usa e in Cina in una situazione politica mondiale di grande incertezza – continua Galli – Tutto questo si inserisce nel contesto europeo, dove siamo in ritardo ancorché ci sia una strategia complessiva basata sul Chips act, una direttiva in discussione la cui ratio è permettere di sostenere innovazione e sviluppo delle capacità tecnologiche europee su larga scala. Noi siamo attori attivi in questo contesto e nel quadro negoziale e guardiamo alle nuove norme come vettore di tecnologie quantistiche. E abbiamo istituito una task force per elaborare strategie di sviluppo di microchip: stiamo facendo una mappatura di tutta la ricerca universitaria e di quella dei centri di ricerca, anche in confronto con altre realtà nazionali. Stiamo cercando di attivare competenze, spingendo casi di successo com’è quello di Stm a Catania, un’avanguardia nel settore». Il Piano nazionale della ricerca prevede una forte spinta al settore della microelettronica e obiettivi fissati in tema di hpc e big data, «sia sulla ricerca di base sia su quella visionaria. E punteremo sull’applicazione di nuove metodologie tecniche legate a software computing e processori».
Per quanto riguarda le nuove figure professionali che richiederà questo mercato, un’indicazione chiara arriva da Giuseppe di Pietro, Direttore Icar, Consiglio Nazionale delle Ricerche. «La nostra ricerca si sta muovendo secondo tre direttrici: quantum computing in senso stretto; Quantum tecnhology, ovvero le tecnologie abilitanti e la quantum communication, fondamentale per la sicurezza», dice Di Pietro. Il quantum nasce nel laboratori dei fisici e «non è un cambiamento di tipo evolutivo ma cambio di paradigma perché sfrutta le leggi della meccanica quantistica e non la logica binaria e riesce a risolvere problemi complessi che i computer classici non sono in grado di elaborare». Un informatico tradizionale non sa fare lo sviluppo quantistico: emerge la necessità di rimodulare i programmi didattici per formare nuovi profili professionali in grado di sfruttare queste tecnologie. In particolare, saranno richiesti profili come “Quantum Scientist, Quantum Engineer, Quantum Developer e specialisti in crittografia e competenze approfondite in ambito Cybersecurity. Non si tratterà soltanto di acquisire nuove competenze, ma anche di avere un approccio “quantistico” nello sviluppo degli algoritmi di calcolo e nell’analisi dei problemi. «Nell’ambito della missione 4 del Pnrr possiamo lavorare allo sviluppo di queste competenze e molte università stanno introducendo corsi di quantum computing, che a mio avviso andrebbero concordati anche con il mondo aziendale per capire cosa serve davvero e renderle applicative».
I campioni del quantum: Eni, Dompé, Intesa e il ministero della Difesa
Cosa stanno facendo le aziende italiane campioni del quantum? Una prospettiva l’ha offerta la tavola rotonda a conclusione del convegno romano che ha visto protagonisti gli esponenti dei principali settori di applicazione delle tecnologie quantistiche del mondo startup, finance, pharma, energia e difesa. «Si tratta di tecnologie cruciali per la competitività industriale e per la sicurezza nazionale ed è una buona notizia che anche le aziende abbiano iniziato a lavorare – dice Marina Natalucci, Direttore Oss. PoliMi Quantum Computing & Communication – Sia le aziende dell’offerta su tutto lo stack applicativo che servirà a mettere a terra l’innovazione: ma anche sul fronte della domanda: dove solo sulle startup sono stati investiti 3,4 miliardi di dollari nel mondo. Le aziende utilizzatrici hanno annunciato 107 sperimentazioni, non moltissime ma utili a farci un’idea del modo in cui si sta lavorando e su come si pensa che il quantum potrà dare un vantaggio competitivo. Iniziare oggi è fondamentale per essere ben posizionati quando l’innovazione vincente tra le 7 in sperimentazione arriverà sul mercato». Tra i settori il finance è quello che ha annunciato più progetti, seguito da pharma, automotive ed Energy ma, prosegue Natalucci «la conoscenza di queste tecnologie è molto scarsa. Le eccellenze dell’industria stanno investendo ma la metà delle aziende non sanno di cosa si parla. Solo come ecosistema possiamo crescere».
E allora vediamo le prime esperienze applicative italiane a partire da quella che racconta Alfonso Amendola Head of Advanced Modelling and Simulation, Eni. «Abbiamo lunga esperienza nel supercalcolo che è risorsa strategica per l’esplorazione della materia prima, ma che stiamo allargando anche all’energia e alle rinnovabili, usando per esempio la modellazione per le windfarm flottanti. Stiamo esplorando le nuove frontiere, con lo sviluppo di prototipi e stiamo cercando partner per fare applicativi. Ci stiamo muovendo collaborando con le università, attraverso il finanziamento di dottorandi e ospitando tesisti. Eni ha accordi con settanta università. Ma collaboriamo anche con startup soprattutto italiane. Stiamo cercando di fare proof of concept».
Nel settore del pharma, la multinazionale Dompé si è mossa per non perdere il treno, come spiega Andrea Beccari Senior Director di Exscalate, piattaforma di supercalcolo per lo screening dei nuovi farmaci: «Operiamo nel bio farma e fino a cinque anni fa il dogma era che la farmacia fosse troppo complessa per essere simulato. Lo scenario è cambiato. Sì è passati da calcolo tradizionali a computer quantistico che risolve equazioni complesse e ci siamo accorti che riuscivano a spiegare anche la farmacologia. È stata una scossa: chi faceva i telefoni non ha fatto l’iphone. Il rischio per chi non coglie le opportunità è alto». Dompé ha lavorato con Cineca e Polimi con una macchina e dopo due anni ha brevettato il primo algoritmo quantum per l’analisi delle molecole e «che ci consentirà di restare competitivi».
Un altro settore dove il quantum sarà decisivo è quello della difesa, per cui ha parlato Andrea Bertagna Capo 5^ Sezione “Tecnologie elettroniche per le comunicazioni, informatica e la cyber defence” del Ministero della Difesa. «Faccio parte dell’ente di vertice che si occupa di procurement e ricerca e innovazione tecnologica. I nostri ambiti di interesse sono andare ad attualizzare la richiesta da parte della parte tecnica operativa. Abbiamo all’interno del piano nazionale della ricerca, un bando annuale con cluster di riferimento delineati dallo stato maggiore della difesa che raccolgono proposte di progetto che possono avere natura sia accademica sia industriale. Promuoviamo accordi quadro con enti istituzionali come Cnr, Polimi, La Sapienza. per esempio con cnr Polimi sapienza. Sul quantum stiamo lavorando per esempio a un progetto di sviluppo di una filiera nazionale delle tecnologie per comunicare e per la simulazione di chiavi sicure da distribuire via terra e mare. Il potenziale è enorme».
E lo è anche per la finanza, come spiega Davide Corbelletto Quantum Technology Specialist, Intesa Sanpaolo. «La mia divisione si occupa di consulenza per chi nella banca entra in contatto con il quantum. Per esempio il nostro CyberLab che ha iniziato a sperimentare le post quantum cryptography. Ma anche nel risk assessment, perché gli attacchi a freddo sono un problema. Se oggi c’è un data breach e i dati che oggi sono criptati non è detto che tra cinque anni non ci sia qualcuno che sia in grado di leggerli con il quantum: e sono dati sensibili. E infine c’è il tema della distribuzione di chiavi su canali di comunicazione». Il quantum computing è talmente importante che Intesa lo ha introdotto nel suo piano industriale 2022-25: «una delle linee guida è l’internalizzazione delle competenze e quindi abbiamo fatto due cose: abbiamo iniziato a fare formazione interna su quantum software engineering e algorithm quantum design. E Abbiamo contribuito a definire con Polito la prima laurea in quantum engineering». I primi applicativi disponibili sul mercato arrivano da startup come Qti, guidata dal co-founder e ceo Tommaso Occhipinti: «Siamo focalizzati sulla comunicazione quantistica e nasciamo come spin off del Cnr e in particolare dell’Istituto nazionale di ottica di Firenze – dice il ceo – abbiamo disegnato e ingegnerizzato la prima soluzione immediatamente applicabile e la stiamo proponendo ad aziende e istituzioni. Bisogna continuare a investire e bisogna creare collaborazioni. Perché il futuro è più vicino di quanto sembri: le grandi aziende ci chiedono un contributo per rendere sicure le loro comunicazioni e ci contattato in maniera regolare. L’Italia è tra i migliori al mondo nella ricerca e nell’ industria. Non dobbiamo perdere questa occasione».
