Computer quantistici, a che punto siamo? Intervista al professor Simone Montangero

di Mirco Romanato

Per decenni soggetto da film di fantascienza, il computer quantistico si avvia oggi a diventare realtà. Ma quali innovazioni possiamo aspettarci da questa tecnologia? E a che punto siamo con il suo sviluppo? Di questo ha parlato il professor Simone Montangero lo scorso novembre a Padova, in un intervento al CICAP Fest 2025. Docente ordinario presso l’Università di Padova, dove dirige il “Quantum Computing and Simulation Center”, Montangero ricopre anche ruoli di rilievo in enti di ricerca italiani legati al calcolo ad alta prestazione e alla ricerca quantistica. Insieme a Giuliano Benenti e Giulio Casati, quest’anno ha pubblicato il volume “Il computer impossibile. Come il calcolatore quantistico cambierà il mondo”, che spiega in modo accessibile e rigoroso come i computer quantistici rappresentino non una semplice evoluzione, ma un vero e proprio cambio di paradigma rispetto a quelli tradizionali. Descrive come i “qubit” (unità quantistiche di informazione) e fenomeni come la sovrapposizione e l’entanglement permettano calcoli oggi impossibili in tempi ragionevoli, e come queste tecnologie possano rivoluzionare campi come la medicina, l’energia, la sicurezza informatica e la ricerca scientifica.

Professore, lei ha detto che al momento non abbiamo ancora computer quantistici che lavorano come vogliamo, ma ogni settimana ci sono annunci di progressi in tal senso, con uno sviluppo enorme negli ultimi 10 anni. Come possiamo spiegare il cambiamento che sta avvenendo? 

Nell’evoluzione tecnologica ci siamo abituati a tutto e sicuramente impareremo a usarli, anche se per un po’ di tempo i computer quantistici rimarranno trasparenti al pubblico. Per fare un esempio, il pubblico non sa se l’intelligenza artificiale utilizza le CPU o le GPU e che tipo di calcolo ci sia dietro: al pubblico basta che funzioni. Come possiamo spiegarlo? Bisogna innanzitutto essere concreti e trasparenti, evitando gli annunci roboanti, che di solito arrivano dal lato industriale, e limitando la creazione di hype: non posso dire ‘oggi ho scoperto tutto’ e poi smentirmi con le scoperte appena successive. Risulta inoltre più difficile spiegare il lato tecnico di hardware e software, mentre è più facile spiegare questa tecnologia dal lato dell’utilizzo pratico: attualmente stiamo sviluppando algoritmi e facendo test per applicazioni su scale piccole, ma riuscendo già a fare cose decisamente non banali. Non è ancora possibile risolvere i problemi complessi che vorremmo, ma cinque anni fa facevamo cose molto più semplici di quelle di oggi. Tutte le grandi aziende finanziarie si stanno preparando a gestire gli investimenti con il quantum computing. Ciò è promettente: non stanno investendo solo le aziende che li costruiscono, ma anche quelle che pensano di utilizzarli in futuro. Per alcune applicazioni prettamente scientifiche si riescono già a ottenere gli stessi risultati dei supercalcolatori, però queste sono cose più difficili da veicolare al pubblico.

La velocità dei computer quantistici è decine di migliaia di volte più alta degli attuali supercomputer. Ma quali saranno le applicazioni pratiche? Ci sono aspetti pericolosi?

Questi nuovi computer, più che incidere nella velocità, riducono drasticamente il numero di calcoli necessari, quindi risulta molto più facile risolvere lo stesso problema. Come riportato, possono decifrare in meno tempo i sistemi di sicurezza, da quelli personali di ognuno di noi a quelli di banche, aziende e quant’altro, decriptando le password e riuscendo ad accedere a molti dati protetti. Dall’altro lato, quella che viene chiamata crittografia quantistica, che è diversa da quella classica, ci aiuta a proteggere meglio i dati. Questo aspetto lo studiamo anche qui a Padova, dove c’è un gruppo di ricerca specifico su questo aspetto: tra la torre del dipartimento di fisica e il dipartimento di ingegneria dell’informazione c’è un link, che passa in fibra anche attraverso altri dipartimenti, di protezione dei dati. A livello Europeo, invece, esiste il progetto EuroQCI, avviato nel 2019 e volto a creare una rete quantistica ultra-sicura in tutta l’Unione Europea nei prossimi anni: usando le proprietà quantistiche dei fotoni, si codifica la chiave per fare crittografia. Con questo sistema si vede all’istante se qualcuno cerca di intercettare informazioni e dati, quindi a quel punto si può cambiare chiave e tornare in un luogo più sicuro. È un sistema già implementato oggi e molto sicuro in quanto, per aggirarlo, bisognerebbe cambiare le leggi di come funziona l’universo.

I computer quantistici consumano molta meno energia dei supercomputer. C’è chi già dice che le centrali costruite per alimentare i server dedicati all’IA tra poco saranno sovradimensionate rispetto all’energia necessaria con questa nuova tecnologia. Quanto verrà davvero ridotto il consumo?

Sono previsioni complicate, per cui ad oggi non c’è una risposta sull’ordine di grandezza rispetto alla quantità di energia necessaria. Ci sono però dei gruppi che stanno studiando questo aspetto, nel progetto Quantum Energy Initiative, per monitorare questi computer e mettere insieme le diverse competenze per poter migliorare, in futuro, il consumo di energia. Sappiamo comunque che, tendenzialmente, consumeranno meno: riguardo le semplici applicazioni per cui li usiamo oggi, vediamo che per raggiungere lo stesso obiettivo con i computer classici questi ultimi devono essere molto più grandi e consumano di fatto molto di più. Possiamo quindi dire che già oggi si risparmia energia, ma per le stime in scala su applicazioni più importanti e complicate ci stiamo ancora lavorando.

C’è una zona del mondo che ha più il pallino del gioco? 

È una sfida geopolitica globale, in cui i tre player sono Nord America (quindi anche il Canada), l’Europa e l’Asia (principalmente la Cina). Ciò non toglie che siano presenti centri di ricerca anche altri in altri posti. Dal punto di vista della ricerca la sfida è apertissima e l’Europa è stata pioniera, basti pensare che la prima porta logica a 2 qubit è stata fatta a Innsbruck. Inoltre il primo programma di finanziamento continentale, anche prima di Cina e USA, è stato Europeo: è la Quantum Flagship, che risale al 2017 e che ha come scopo principale quello di studiare come applicare le scoperte scientifiche agli utilizzi industriali. Quello che ha fatto la differenza è che, una quindicina di anni fa, le grandi multinazionali americane hanno iniziato a investire, mentre in Europa non abbiamo dei player industriali equivalenti. In Europa stiamo rispondendo con Startup, che esistono anche in America e lavorano molto bene, ma chiaramente non possono competere con le grandi Big Tech come ad esempio Google. Esistono anche Consorzi europei che costruiscono computer quantistici a superconduttori, a ioni e ad atomi neutri. La speranza è che si possa vedere, nel lungo periodo, una competizione simile a quella esistente nel settore aeronautico tra Airbus e Boeing. In ogni caso, anche se l’Europa non diventasse leader mondiale assoluto, l’idea è di avere un’indipendenza tecnologica: possiamo comprare computer quantistici da altri paesi, ma la crisi dei chip ci ha insegnato che dipendere troppo dagli altri non è una soluzione praticabile. Nel Chips Act europeo, che dovrebbe servire a migliorare la situazione di disponibilità dei chip classici, è prevista anche una parte di fondi per i chip quantistici, proprio in previsione dello sviluppo di questa tecnologia. Con il PNRR stiamo provando a sviluppare questa tecnologia anche in Italia dove, tra i diversi progetti, quattro laboratori hanno ricevuto finanziamenti per sviluppare gli studi quantistici: Padova (ioni intrappolati), Firenze (ioni neutri), Roma (fotoni) e Napoli (superconduttori). L’Italia è quindi recentemente inserita nel Chips Act europeo, mentre i paesi leader hanno iniziato a investire ormai venti anni fa.

Da quanto dice, sembra esserci più competizione che collaborazione tra i diversi paesi.

Sì, le aziende sono aziende, vogliono guadagnare quote di mercato. A livello di scienziati e di università cerchiamo, invece, di tenere aperte le collaborazioni: a luglio è nata l’Alleanza Quantistica Italiana, che ha base a Padova e di cui sono vicepresidente. Si tratta di un’iniziativa strategica nazionale che riunisce università, centri di ricerca, aziende e istituzioni pubbliche, per promuovere lo sviluppo e l’applicazione delle tecnologie quantistiche in Italia. I fondatori includono università come Bologna, Padova, Pavia e Politecnico di Milano, e centri come CINECA, INRIM, INAF e INFN. L’obiettivo è creare un ecosistema nazionale coeso e competitivo, in linea con la nuova Strategia Italiana per le Scienze e Tecnologie Quantistiche, e dialogare con i grandi attori internazionali. Qui a Padova a dicembre è in programma un incontro con una decina di professori di Harvard: siamo scienziati e cerchiamo di collaborare nella ricerca di base, che poi diventerà ricerca industriale, com’è nella normalità delle cose. Noi possiamo creare brevetti, condividere know-how, collaborare con le imprese; non possiamo invece, come università, metterci a costruire in serie chip o computer al nostro interno, ma al massimo avere qualche startup o spin-off a noi collegato. In ogni caso, collaborando si ha più probabilità di scoprire qualcosa di nuovo ed utile, venendo riconosciuti a livello internazionale.

Foto di Fabrizio Balestrieri