L’informatica quantistica è teatro di scontro tecnologico del XXI secolo tra Stati Uniti e Cina. La questione è chi costruirà l’infrastruttura tecnologica del futuro, dalle catene di approvvigionamento intelligenti alla medicina personalizzata, dalle comunicazioni sicure basate sulla tecnologia quantistica alla robotica potenziata dall’intelligenza artificiale.
L’informatica quantistica combina i principi dell’informatica con quelli della meccanica quantistica. Nel 1981, il fisico quantistico americano Richard Feynman osservò che i computer classici, sia analogici che digitali, faticano a simulare in modo efficiente i fenomeni quantistici.
Sosteneva che solo un sistema quantistico potesse simulare un altro sistema quantistico utilizzando i comportamenti peculiari delle particelle subatomiche come risorse computazionali, riporta AT.
Al centro dei computer quantistici c’è il qubit, o bit quantistico. A differenza dei bit normali nei computer digitali (binari), che possono essere 0 o 1, un qubit può essere sia 0 che 1 contemporaneamente, grazie a una speciale proprietà della meccanica quantistica chiamata sovrapposizione. Questo consente ai computer quantistici di risolvere problemi specifici, come la modellazione di molecole, l’ottimizzazione di sistemi o la protezione dei dati, significativamente più velocemente rispetto ai computer convenzionali. I qubit possono essere creati in vari modi, a seconda del compito specifico.
Un qubit è tipicamente visualizzato come una sfera, sfera di Bloch, che può essere immaginata come una bussola tridimensionale. I processi computazionali all’interno della sfera di Bloch sono analogici. Gli algoritmi quantistici si basano su questa interazione per ottenere accelerazioni esponenziali nella risoluzione di problemi specifici.
I primi computer quantistici sperimentali sono arrivati alla fine degli anni ’90. Dagli anni 2000 in poi, l’informatica quantistica è diventata una corsa tecnologica globale, che ha coinvolto il mondo accademico, i governi, i giganti della tecnologia e le startup.
Nel 2006, la Cina è entrata nella corsa all’informatica quantistica quando il governo ha annunciato la sua Roadmap scientifica e tecnologica per il 2020, identificando il “controllo quantistico” come un’area chiave della ricerca di base.
Nel 2021, nel suo 14° Piano Quinquennale, l’informazione quantistica si è classificata al secondo posto tra i settori scientifici e tecnologici all’avanguardia, subito dopo l’intelligenza artificiale (IA). A marzo di quest’anno, la Cina ha lanciato un fondo nazionale di venture capital da 1 trilione di yuan, specificamente destinato all’informatica quantistica e alle tecnologie correlate.
I progressi della Cina nell’informatica quantistica sono stati spettacolari. Nel 2020, gli scienziati dell’Università della Scienza e della Tecnologia della Cina hanno presentato Jiuzhang, un computer quantistico fotonico in grado di eseguire in 200 secondi un compito che avrebbe richiesto a un supercomputer tradizionale oltre 2,5 miliardi di anni. Versioni successive, come Jiuzhang 2.0, hanno ulteriormente migliorato le prestazioni.
Nel 2021, gli stessi ricercatori hanno presentato Zuchongzhi 2.1, un processore quantistico superconduttore a 66 qubit che ha dimostrato un significativo vantaggio quantistico rispetto ai supercomputer tradizionali. Nel 2023, lo stesso team ha annunciato Zuchongzhi 3.0, un processore a 105 qubit che ha ulteriormente migliorato i benchmark prestazionali, superando a quanto pare i benchmark precedenti, incluso l’esperimento Sycamore di Google del 2019, di un fattore fino a un milione in specifiche attività di campionamento.
Questi risultati sottolineano i rapidi progressi della Cina nella scalabilità dell’hardware e nell’ottimizzazione dei sistemi e della rete di comunicazione grazie alla creazione di un collegamento ultra-sicuro di distribuzione di chiavi quantistiche tra Pechino e il Sudafrica.
La Distribuzione di Chiavi Quantistiche è un metodo di trasmissione di chiavi crittografiche che utilizza particelle quantistiche, come i fotoni. Se intercettate, queste chiavi quantistiche collassano, avvisando gli utenti di una violazione e garantendo così un livello di sicurezza irraggiungibile con i metodi classici.
L’ultima dimostrazione ha utilizzato i micro e nanosatelliti quantistici a basso costo della Cina, in tandem con stazioni terrestri mobili, segnando un passaggio da configurazioni sperimentali a sistemi implementabili. Questa dimostrazione fa parte del piano cinese di lanciare un servizio di comunicazione quantistica globale entro il 2027, rivolto ai paesi BRICS e ad altri partner strategici.
Mentre gli sforzi della Cina nel campo del calcolo quantistico sono coordinati centralmente e guidati dallo Stato, gli Stati Uniti prosperano grazie a un modello di innovazione decentralizzata e di base, guidata dalla loro industria tecnologica leader a livello mondiale, dalle istituzioni accademiche e dall’ecosistema del capitale di rischio.
I principali attori stanno sviluppando diverse architetture hardware quantistiche, come i qubit superconduttori, e piattaforme ibride che integrano processori quantistici con backend di calcolo classici.
Sulla base di questo successo, Google ha presentato il suo processore Willow nel 2024, dimostrando i progressi verso il calcolo quantistico fault-tolerant attraverso l’implementazione di qubit logici con correzione degli errori, un passo fondamentale verso applicazioni quantistiche scalabili.
Sebbene gli Stati Uniti dispongano di un certo coordinamento nazionale, la sua forza risiede in un ecosistema dinamico caratterizzato da diversità di approcci, collaborazione interdisciplinare e una cultura di sperimentazione ad alto rischio e alto rendimento. Il modello di innovazione della Silicon Valley incoraggia la prototipazione rapida, la progettazione iterativa e tempi di commercializzazione aggressivi. Le startup quantistiche ricevono un sostegno significativo da investitori pubblici e privati, consentendo la sperimentazione parallela su diverse tecnologie e casi d’uso.
Inoltre, gli Stati Uniti continuano a essere leader nella ricerca teorica di base. Rimangono all’avanguardia nella correzione degli errori quantistici, nello sviluppo di algoritmi quantistici e nelle strategie di integrazione ibrida quantistica-classica, tutti elementi essenziali per trasformare il calcolo quantistico da una curiosità legata al laboratorio a una tecnologia industriale trasformativa.
Il calcolo quantistico trasformerà il modo in cui gli esseri umani interagiscono con le macchine.
Fondendo i punti di forza del calcolo analogico e digitale, promette di rimodellare le interfacce uomo-macchina e accelerare la convergenza tra intelligenza artificiale, robotica e tecnologie di rilevamento avanzate. Questa capacità ibrida apre le porte a macchine più intuitive, reattive e adattive, in grado di interagire con il mondo in modi più vicini a come gli esseri umani pensano e sentono.
Come sistema ibrido, un computer quantistico combina la fluidità dei sistemi analogici con la struttura della logica digitale, offrendo una nuova e potente piattaforma per la costruzione di macchine in grado sia di elaborare input sensoriali continui sia di prendere decisioni discrete e contestualizzate.
Una sfida simile si presenta nelle interfacce cervello-computer. L’attività cerebrale è intrinsecamente analogica, espressa attraverso onde continue e sottili fluttuazioni negli schemi elettrici. Tradurre questi segnali in comandi discreti per i sistemi digitali richiede un’enorme potenza di calcolo e precisione.
Il calcolo quantistico apre la possibilità del controllo mentale in tempo reale di dispositivi esterni e persino dell’emergere di ambienti cognitivi condivisi in cui le informazioni fluiscono senza soluzione di continuità tra uomo e macchina. In tali sistemi, intenzione, attenzione ed emozioni potrebbero essere percepite, decodificate e a cui si potrebbe rispondere con una velocità e una sensibilità senza precedenti.
Oltre alla rivalità hardware, la leadership a lungo termine nel calcolo quantistico si concentrerà sull’integrazione di diverse tecnologie. La Cina è ancora indietro rispetto agli Stati Uniti nella ricerca di base, incluso lo sviluppo di sistemi fault-tolerant. Tuttavia, è ben posizionata per svolgere un ruolo di primo piano nell’integrazione di informatica quantistica, intelligenza artificiale e robotica, grazie alla sua combinazione unica di capacità industriale, coordinamento politico e infrastrutture pubbliche all’avanguardia.
La Cina sta inoltre espandendo la sua influenza geopolitica attraverso l’esportazione di tecnologie, come i collegamenti di distribuzione di chiavi quantistiche con Austria, Russia e Sudafrica, nonché sistemi di robotica e intelligenza artificiale in tutto il Sud del mondo.
La sua ambizione non è solo quella di padroneggiare queste tecnologie, ma anche di definire standard e infrastrutture globali, soprattutto tra i paesi BRICS e quelli della Belt and Road Initiative.
La gara del calcolo quantistico è aperta: chi vincerà potrebbe essere chi costruirà la prima infrastruttura quantistica del XXI secolo. Come nei migliori romanzi Cyberpunk, potremmo dire discende fisicamente nel cyberspazio. Bruciando Chrome.
Antonio Albanese
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