La rivoluzione quantica avvia una nuova produzione di circuiti con porte e connessioni fisiche, che diventano sempre più piccole e presto saranno fatte solo da una manciata di atomi, che ci fanno avvicinare a grandi passi alla possibilità di avere un laptop con tecnologia quantistica sulla nostra scrivania. Avvenuto tale salto tecnologico, mai più nulla nel mondo del digitale sarà come prima; ci sarà uno spartiacque importante come lo furono nella preistoria il controllo del fuoco da parte dell’uomo sapiens oppure la scissione nucleare nella recente storia moderna. Ecco come i fotoni stanno rivoluzionando i quantum computer, i progressi di IBM con il suo ultimo computer quantistico Oprey e i rischi per la sicurezza informatica generati dalla nuova tecnologia.
Le insuperabili capacità dei fotoni
Anche se i fotoni ci sono sempre stati nel nostro universo, andavano misurati e controllati, cosa non facile, infatti è come “giocare a tennis con delle bolle di sapone senza che si danneggino”: praticamente una missione impossibile.
La genialità sta proprio nel superare le difficoltà aggirandole e utilizzando le loro peculiarità, quindi il singolo fotone è misurabile ma soprattutto non è riproducibile o sostituibile nella sua interezza (teorema del No-Cloning), ciò dà una potenzialità enorme alle trasmissioni tramite singolo fotone. A questo punto posizionandosi tramite i diagrammi di Feynman ai confini dell’universo si inizia la trasmissione tramite il singolo fotone, sfruttando l’entanglement quantistico.
I fotoni sono insuperabili in termini di tempi di de-coerenza, mobilità e realizzabilità delle operazioni ad alta fedeltà con il singolo Qubit. Si possono ottenere sistemi integrati su chip, che potranno essere sia fotonici che plasmonici, con delle porte quantistiche universali come SWAP, CNOT, CPHASE, TOFFOLI per due Qubit e per casi multiQubit. L’obiettivo più importante di tutto lo studio accademico è che il teletrasporto possa diventare completamente deterministico (On Chip IntraSystem Quantum Entangled States Generator, Reference: 7993 978-1-5386-4658-8/18©2019 IEEE, https://ieeexplore.ieee.org/document/8683820).
Tutta questa pantagruelica tecnologia quantica è proiettata a essere il terreno fertile per le applicazioni di intelligenza artificiale (AI), per cui una volta fissato il nuovo HW dell’infinitamente piccolo a livello fotonico, l’industria dovrà essere pronta con eserciti di sviluppatori, che programmeranno con algoritmi non più sequenziali ma con logiche in parallelo, questi nuovi computer del futuro, che promettono delle performance all’altezza delle strumentazioni dei supereroi dell’immaginario fantastico.
Computer quantistici: i paesi che li ospiteranno
Sulla scia di queste vicende fantascientifiche, nel comunicato ufficiale di EuroHPC JU dello scorso 4 ottobre 2022 viene pubblicata la lista delle mete selezionate per ospitare i computer quantistici: Francia, Germania, Italia, Polonia, Repubblica Ceca e Spagna. I paesi ospitanti sono stati selezionati a seguito dell’Expression of Interest (EOI) per l’hosting e la gestione di computer quantistici europei integrati in supercomputer HPC, lanciata il 31 marzo 2022.
Computer quantistici: i progressi di IBM verso i 1000 qubit
Uno dei primi colossi dell’industria elettronica, IBM già lo scorso novembre ha annunciato il lancio del suo più potente computer quantistico fino a oggi: “Osprey”, una macchina da 433 qubit, tre volte il numero di qubit rispetto a Eagle. Il numero di qubit, o bit quantistici, dà la misura della potenza del computer quantistico, come per i PC si misura la potenza tramite i GHz del processore, e quindi in base ai miliardi di operazioni o cicli al secondo, che può elaborare sempre in modalità sequenziale, nel caso del computer con tecnologia quantistica si avrebbe anche una modalità di calcolo diversa, ossia in parallelo, non avendo come riferimento l’asse temporale le operazioni vengono svolte tutte allo stesso istante. A questo punto il prossimo obiettivo di IBM sarà di arrivare ai 1.000 Qbit, come ha dichiarato recentemente il direttore della ricerca ingegneristica di IBM, Dario Gil.
“Mentre spingiamo i limiti delle dimensioni del chip Osprey che stiamo annunciando, se lo si guarda, è già molto grande. L’anno prossimo, 1000 qubit sarà ancora più grande “, dichiara Gil. “Quindi, in seguito, abbiamo progettato e ingegnerizzato l’intera architettura per il calcolo quantistico basata sulla modularità”. Infatti IBM denomina il sistema modulare come Quantum System Two.
“Quantum System Two è il primo sistema di calcolo quantistico veramente modulare in modo da poter continuare a scalare su sistemi sempre più grandi nel tempo”, ha detto Gil durante l’IBM Quantum Summit. “Modularità significa che i chip stessi dovranno essere interconnessi l’uno con l’altro”.
IBM ha come obiettivo l’inserimento online del computer quantistico Osprey entro il prossimo anno, per cui diventerebbe l’anello costitutivo del super computing quantum centrico dato dal collegamento di Quantum System Two. IBM ha già dichiarato che con tre sistemi può raggiungere un massimo di 16.632 Qubit. Considerato che IBM già possiede 20 computer quantistici in tutto il mondo e gli end-user si possono collegare attraverso il cloud, vuol dire che la tecnologia quantum già ci avvolge interamente, speriamo che non saremo stritolati dalle sue spire animate e nutrite dagli algoritmi dell’intelligenza artificiale, poiché a questo punto nessun dato digitale si può dire ormai che sia in un posto sicuro, a meno che sia completamente scollegato dalla rete.
Quantum, Post Quantum e crittografia quantistica
Dato che il fattore cyber security è minacciato dall’allungarsi concreto dell’ombra dei laptop a tecnologia quantistica, oggi già si parla di Post-Quantum Criptography. Per salvare l’integrità, ad esempio delle transazioni bancarie on line, in Canada si stanno studiando e inventando start-up che si basano sui concetti della tecnologia quantistica, come la Quantum Bridge Technologies, che sta affrontando il mercato delle nuove generazioni infrastrutturali di comunicazioni.
Presa coscienza che con i laptop quantistici nessun dato sarà più al sicuro, in quanto la velocità di calcolo sarà tale che le chiavi di cifratura saranno trovate e spezzate in frazioni di secondo, i famosi 20 anni per trovare la chiave di cifratura con computer super potenti saranno annullati, con la stessa potenza di un velivolo, che supera la barriera del suono e poi quella spazio temporale.
In tali condizioni ci si dovrà dotare della tecnologia fotonica e integrarla con la rete anche tramite chiavi di cifratura certificate a tecnologia quantistica.
Chi rimarrà in testa alla corsa vertiginosa della cyber defence nel proprio perimetro nazionale avrà il potere, anche se dovrà costantemente continuare la sua corsa, in quanto non esiste un porto sicuro per i dati digitali, ma la sicurezza è data dal fatto che in modalità elicoidale ci si spinge verso frontiere sempre più complesse della cifratura e protezione dei dati, che saranno sempre più evanescenti per essere alla stregua degli infinitesimi fotoni.
