Sono stato intervistato da Enrico Pagliarini durante la trasmissione radiofonica 2024 il giorno 18 Ottobre 2019. L’argomento della nostra conversazione era il Quantum Computing.
Potete riascoltare la puntata (il mio intervento a partire dal minuto 25), oppure sotto potete leggere la trascrizione dell’intervista.
Enrico: Avete mai sentito parlare di Quantum Computing, di Quantum Supremacy? Se non ne avete mai sentito parlare, in questa puntata ne sentirete parlare, vi raccontiamo di che cosa si tratta. Se ne avete già sentito parlare probabilmente vi state facendo alcune domande, vi siete fatti alcune domande, alle quali cercheremo di rispondere con David Orban, fondatore di Network Society, docente alla Singularity University. David, bentornato a Radio 2024.
David: Grazie.
Enrico: Allora, anche in questo caso, come in tanti altri casi, non stiamo parlando di una tecnologia nuova. Anzi da tanto tempo che conosciamo i computer Quantistici, che parliamo di computer Quantistici. Ma ultimamente, negli ultimi mesi se ne parla un po’, o direi anche negli ultimi giorni, nelle ultime settimane se ne parla un po’ più spesso. Perchè?
David: La scienza alla base della meccanica quantistica ha 100 anni. Ed è da allora che stiamo cercando di capire le sue implicazioni. Già l’elettronica, in realtà, approfitta di alcune delle caratteristiche delle particelle elementari (gli elettroni che girano nei nostri circuiti). Ma i computer di oggi cercano di tenerla da parte perché finora, attraverso 50 anni di tecnologia e l’ingegnerizzazione di queste, non siamo riusciti ad approfittarne. I computer quantistici sono computer che invece di ignorare questi fenomeni ed isolarli…
Enrico: Cioè la meccanica quantistica, quindi stiamo parlando di fisica.
David: Le caratteristiche delle particelle elementari, a scale atomiche, lo utilizzano, ne approfittano.
Enrico: E stiamo parlando di una…quindi nuova generazione di computer che.. non so se dire non hanno nulla a che fare con i computer che noi oggi utilizziamo o hanno poco a che fare?
David: Possiamo fare un’analogia. se ne al medioevo noi avevamo bisogno di macinare il grano, usavamo il mulino ad acqua, eravamo ammiratissimi. Era la tecnologia di punta di allora. E i nostri computer tradizionali sono un po’ come i mulini ad acqua del medioevo, per quanto ne andiamo orgogliosi. Confrontati con l’energia che libera per esempio un reattore nucleare (da una quantità di materia piccolissima a confronto) i computer quantistici libereranno le energie di calcolo di cui abbiamo bisogno e di cui potremmo approfittare con questo tipo di impatto dirompente. E se avremo un Rinascimento, un’Età Industriale, un Età Moderna del calcolo, con applicazioni nuove, sarà grazie a questa rivoluzione
Enrico: Esistono già questi computer?
David: Io la prima volta che ha utilizzato un computer quantistico è stato dieci anni fa.
Enrico: Ah, quindi esistono già.
David: Avevo organizzato una conferenza alla Harvard University e per ottimizzare la tabella degli speaker, attraverso decine e decine di vincoli da primadonna che questi imponevano un po’ per gioco, siamo ricorsi al computer Quantistico che era molto specializzato per l’ottimizzazione di problemi lineari. Quello di cui parliamo oggi è lo sforzo ancora più importante di realizzare computer quantistici universali, che quindi possano risolvere problemi di un qualunque tipo.
Enrico: Certo, come i computer che conosciamo oggi, i computer tradizionali. Cioè quelli medioevali!
David: I computer che approfittano della fisica macroscopica hanno avuto diverse generazioni: mainframe, work station, personal computer, oggi i nostri cellulari. E i computer quantistici andranno attraverso molte diverse implementazioni. quello che oggi si sta sperimentando, e che sono anche disponibili attraverso delle interfacce…
Enrico: Sì, sì, poi ne parliamo.
David: Sono ancora agli inizi e le loro componenti sono un po’ come i microprocessori di 50 anni fa. Sono fatti, microprocessori tradizionali, di pochi bit. Nel caso del computer quantistico li chiamiamo “Qbit”, sono le componenti. E oggi siamo a poche decine, una cinquantina di Qbit che compongono il computer quantistico più avanzato.
Enrico: Quindi, questo va detto e va sottolineato che nonostante siano anni che si stà studiando questo tipo, questa nuova generazione di computer, siamo veramente ancora agli inizi. Non ci sono applicazioni commerciali. Non è che uno può andare da qualche parte comprarsi un quantum, un quantum computing.
David: Non un quantum computer universale. Ma se hai 10, 20, 30 milioni di dollari, puoi comprarti quelli specializzati verticali per problemi di ottimizzazione lineare.
Enrico: Per una singola applicazione, cioè per un singolo problema. Però diciamo, per dare un’idea, che siamo veramente agli inizi, inizi inizi. Giusto?
David: E’ giusto. Però questa analogia che abbiamo fatto della potenza dirompente dei computer quantistici fà sì che già con una cinquantina di Qbit si possono implementare problemi che diventano pratici, perché risolvibiili in pochi minuti che il più potente computer commerciale disponibile ci metterebbe decine di migliaia di anni a risolvere. E quindi parliamo veramente dell’aprirsi di nuove prospettive. Perché classi di problemi assolutamente impossibili da attaccare in termini pratici diventano possibili.
Enrico: Allora: molti dei nostri ascoltatori, pur o appassionati anche professionisti del mondo della tecnologia, probabilmente non hanno idea di come è fatto un computer di quelli che utilizziamo oggi. Quindi già oggi molti non sanno come funziona un computer. Però visto che stiamo approcciandoci, affacciandoci a questa nuova generazione di computer, proviamo a spiegare in che cosa…dove stà la differenza tra i computer che conosciamo oggi e i quantum computer.
David: Il mondo alle scale microscopiche, alle scale atomiche, obbedisce a leggi che vengono descritte dalla meccanica quantistica e sono teorie e applicazioni che da 40 anni, 50 anni, conosciamo. tra l’altro sono le teorie scientifiche di maggiore precisione mai testate; a 10 15 18 cifre di precisione, una cosa bellissima. E queste caratteristiche del mondo atomico non corrispondono assolutamente alla nostra intuizione. Quindi è anche relativamente inutile tentare di fare questo salto intuitivo. accettiamo quindi semplicemente che ci sono alcuni termini che descrivono il modo in cui si comportano gli atomi. uno di questi termini è la sovrapposizione degli stati, cioè contrariamente a quello che noi osserviamo nel mondo macroscopico, le particelle elementari possono avere al proprio interno un numero molto elevato di stati possibili, e solo quando andiamo a misurare questo si risolve in un particolare di questi stati. E la seconda caratteristica fondamentale per i computer quantistici è quello del “Entanglement”, in italiano si potrebbe dire “intreccio”. Dove due o più particelle elementari possono condividere questa sovrapposizione di stati. Questa comporta la differenza fondamentale perché se io aggiungo un bit alla memoria o alla capacità di elaborazione del computer tradizionale, la sua capacità sarà esattamente aumentata di un bit.
Enrico: Yes.
David: Ma se io aggiungo un Qbit al computer quantistico, la capacità di elaborazione di questo computer sarà aumentato, moltiplicato di tutti gli stati che quel Q può rappresentare. E quindi il primo cresce esponenzialmente con la legge di Moore che abbiamo già cominciato ad imparare nelle tue trasmissioni e chiunque…
Enrico: Dall’esperienza quotidiana.
David: Come tu avrai cellulari che migliorano, o i personal computer che migliorano di anno in anno. Mentre io chiamo i computer quantistici appartenenti a quelle che in inglese sono le “Jolting Technologies”, le tecnologie che sono più che esponenziali. Anche qui possiamo fare una semplice analogia: Se un razzo a motore a massima potenza decolla e consuma il proprio propellente, la sua massa diminuisce, la sua accelerazione aumenta, non ha un’accelerazione costante. Se tu siedi in una macchina sportiva e scatta il verde, premendo il il gas, l’accerellatore nel caso hai una macchina elettrica perché quelle battono anche le macchine sportive tradizionali! Tii accorgi (e ci sono bellissimi filmati YouTube su questo) che l’accelerazione di queste macchine può aumentare nel tempo, non hanno necessariamente un’accelerazione costante. Questa scossa che è la traduzione in italiano di Jolt è quello che caratterizza queste tecnologie che noi possiamo assistere ad un arrivo dirompente, inaspettato di queste tecnologie nel mondo, tra cui anche il calcolo quantistico.
Enrico: Ci sono visto, visto che hai citato le Jolting technologies, quali possono essere altre tecnologie che sono più che esponenziali?
David: La decodifica dei geni per esempio. Trovare le sequenze del dna il cui costo sta precipitando ad un tasso più rapido che non quello del dettato meramente della dalla Legge di Moore.
Enrico: Senti tornando ai Quantum computer che cosa ci potremo fare, tutto? Così come oggi noi facciamo moltissime cose non tutto con i computer tradizionali.
David: Ci sono esempi famosi di prime applicazioni, i primi videogiochi sui mainframe o sui grandi computer universali, universitari, erano dei videogiochi che oggi guardiamo affascinati come primi esempi. Ma senz’altro quei computer non erano fatti per i videogiochi. Così i computer quantistici, sicuramente per mancanza di fantasia, verranno usati inizialmente per applicazioni fra virgolette banali. E dieci anni dopo sorrideremo perché ci accorgeremo che quell’applicazione non andava bene. Nasceranno invece applicazioni importantissime, interi campi che prima erano inaccessibili. Il primo di questi, in modo autoreferenziale anche del tutto ragionevole, sarà la modellazione, progettazione, miglioramento di sistemi quantistici. Quali sono? Non solo i computer quantistici stessi che quindi saranno progettati da computer quantistici, ma chimica, biologia, sistemi fotovoltaici, fotosintesi, agricoltura quindi. Tutta una serie di aree dove noi sappiamo che i fenomeni quantistici sono importantissimi ma finora eravamo limitati dalla potenza di calcolo che avevamo a disposizione a capire a fondo. Facciamo l’esempio: come un insieme di atomi che sappiamo compone una proteina va ad esprimere le caratteristiche di quella proteina o di un enzima, dipende da come quegli atomi si attorcigliano quando lasciati liberi da vincoli. E il modo in cui si attorcigliano è caratteristico, ma calcolarlo è molto molto difficile con i computer tradizionali, diventa fra virgolette banale con i computer quantistici.
Enrico: Certo bisognerà scrivere software per computer quantistici quindi anche da questo punto di vista una nuova generazione e tante cose che partiranno da zero.
David: L’Iitalia, e l’Europa intera, è relativamente in ritardo rispetto a Stati Uniti o Cina nella realizzazione di hardware quantistico. Anche questo ritardo è recuperabile perché siamo ancora agli inizi. Ma se un nostro ascoltatore, a casa o in ufficio dice, “questo campo per me è interessantissimo, sento che mi appassiona, vorrei approfondirlo” è improbabile che possa progettare hardware quantistico in cucina o nel loro nello scantinato. Mentre come oggi succede in molti campi ci sono delle piattaforme liberamente disponibili per approfondire, ad un grado arbitrario di professionalità, gli aspetti di programmazione. E chiunque quindi può, rivolgendosi e utilizzando le piattaforme di Google e IBM o altri, sperimentare con i computer quantistici e cominciare a realizzare algoritmi per i computer quantistici che, confermo, dovranno essere completamente ridisegnati per approfittare dell’architettura radicalmente nuova.
Enrico: Qual è l’orizzonte temporale che tu vedi per avere delle applicazioni commerciali? Cioè l’anno zero dell’era dei Quantum Computer, gli arco commerciali quando potrebbe essere? Nell’ordine di pochi anni, 5-7 anni, 10 anni, 20 anni?
David: La possibilità dipende da qual’è il rischio che tu non agisca. E per quello che le varie agenzie spionistiche, americane prima di tutti, spendono i decine di milioni di dollari che abbiamo menzionato prima perché non si possono permettere l’errore di lasciare scoperto un ambito. Perché questo? Perché si prevede che i computer quantistici siano in grado di decifrare la crittografia usata con gli algoritmi attuali.
Enrico: In modo molto veloce
David: Molto rapido. Qualcosa che ci si metta miliardi di anni a decifrare adesso sarà disponibile in poche ore come risultato. Per quanto riguarda la cifratura, per rispondere ad una domanda implicita che magari può sorgere dagli ascoltatori, si sta già lavorando su nuovi algoritmi che potranno resistere ai computer quantistici. Quando sarà quindi necessario per un’azienda grande di investire in infrastruttura informatica che usi computer quantistici? secondo me, in campi come ricerca petrolifera, agenzie farmaceutiche, biotech, ma anche mondo di energia e trasporti più in generale, mondo finanziario, entro 4-5 anni sarà necessario che ci sia un gruppo che comincia ad implementare nuovi applicativi che usano i computer quantistici.
Enrico: Che è una prospettiva di breve periodo. 4-5 anni sono pochi anni.
David: Chi si occupa della definizione, delle caratteristiche delle persone, degli skill che l’azienda dovrà avere, bisogna che si muova già adesso.
Enrico: Non c’è dubbio. Anzi diciamo che anche a livello universitario…Questo questo mondo è un mondo legato a tutto il sistema anche della ricerca, della fisica di base? E quindi immagino che da quel mondo possano nascere nuovi professionisti per il quantum computing?
David: La capacità dell’università di formare persone in questi ambiti di frontiera è la definizione di stessa di quella che è la ricerca universitaria dovrebbe fare. Tesi di dottorato, laboratori…Se è in grado di farlo o meno dipende naturalmente da finanziamenti disponibili, da coordinamento di centri di ricerca di vario tipo. Nell’Unione Europea ci sono finanziamenti importanti in questo campo. Quindi università italiane centro ed i centri ricerche italiane devono poter approfittarne.
Enrico: Ti faccio un ultima domanda su un altro termine che sta girando, ha girato in queste ultime settimane: Quantum Supremacy, cioè la supremazia quantistica. A che cosa si riferisce è che che cos’è?
David: C’è stata una fuga di notizie qualche settimane fa che Google starebbe per sottoporre alla pubblicazione in un giornale scientifico i propri risultati ottenuti con un computer quantistico di propria progettazione e produzione con 53 Qbit che avrebbe appunto ottenuto la supremazia quantistica. Questa è un’espressione molto aggressiva che indica proprio la praticità di certe soluzioni sul computer quantistico, irraggiungibile da parte dei computer tradizionali. Ed è un uno spartiacque perché evidentemente non è che è la crescita di potenza dei computer tradizionali potrà mai raggiungere quella dei computer quantistici. Una volta raggiunto questo punto i computer, i quantistici necessariamente diventano il campo di frontiera della esplosione pacifica delle nostre capacità informatiche e di produzione, di conoscenza.
Enrico: E quindi diciamo che la Quantum Supremacy sfocia anche in una dimensione geopolitica. Perché avere a disposizione queste tecnologie, per una nazione, diventa un modo per diventare molto più competitivi o per essere…per tornare al tuo esempio, avere una capacità di spiare gli altri molto più elevata.
David: Oggi noi ci siamo concentrati su quello che è il calcolo quantistico.In realtà, ognuna delle parti componenti di quello che è oggi la sfera informatica, andrà ripensata: comunicazioni, cifratura, immagazzinamento dei dati. E quindi c’è modo affinché poli multipli raggiungano posizioni di avanguardia su questi diversi campi, e poi scambino quelli che sono i brevetti, oppure acquistino le società, le start up di una o dell’altra. La Cina, per esempio, è all’avanguardia per quanto riguarda la comunicazione quantistica, ha in orbita oggi dei satelliti che comunicano attraverso degli stati di particelle intrecciate, entaglement fra di loro, con la base. C’è un gruppo di ricerca a Malta che sta facendo lo stesso: attraverso la comunicazione subacquea nell’Atlantico…scusa nel Mediterraneo, verso la Sicilia. E questi sono esperimenti molto importanti che se vuoi riequilibrano un po’ il campo. Perché il calcolo quantistico è solo una componente di un nuovo tipo di internet di domani.
Enrico: David grazie per essere stato con noi. Buon lavoro e buon viaggio
David: Grazie.