“Gatto Vivo, Gatto morto” e il futuro che ci attende

Eva e Leonardo. Dovreste vederli quando vengono intervistati: un capolavoro. Potrebbero anche non aver scritto alcun libro sulla cui copertina si menzionano felini, ma sarebbero comunque un capolavoro. Vi spiego perché, e molto prima che abbiate deciso (come vi auguro) di leggere “Gatto vivo, Gatto morto. Guida quantistica per innovatori di domani”, edito dal Il Sole24ore. La risposta ha a che vedere con la grande quantità di cose importanti che possono fare due esseri umani quando vengono dal giornalismo scientifico e dalla scrittura, e cioè quella di riuscire a raccontare qualcosa di incomprensibile facendovi quasi sentire le fusa (per chi è allergico al pelo non dico nulla, ma dovrebbe leggerlo lo stesso) di un gatto quantistico sdraiato sulle gambe delle vostre intelligenze.

E questo, ovunque voi siate.

Dico ovunque perché le dinamiche non più algoritmiche ma altamente computazionali legate allo sguardo futuristico del mondo, passano quasi sempre per linee di apprendimento semplici. Leonardo De Cosmo, oltre a scrivere articoli molto interessanti e a fare seriamente il suo lavoro è anche un gesticolatore, il che vuol dire ascoltare le parole e i pensieri (durante questa intervista) anche attraverso un linguaggio tutto particolare delle mani, che spesso riesce a prevenire in maniera sorprendente anche quello della bocca. Eva Filoramo è invece più composta nel discorrere, ma è solo un’apparenza felina (molto viva direbbe Schrödinger) dato che l’input storico del lavoro parte dalla sua prima esperienza di elaborazione finale accademica con appendice del suo relatore, in campo crittografico. E questa base è stata, attraverso una condivisione continua tra i due autori, la conca all’interno della quale si è mosso l’estro di Leonardo e la sua esperienza nell’informazione continua su specifiche tematiche. Questo connubio di intenti ha portato allo sviluppo di capitoli e paragrafi che, credetemi, è un vero piacere leggere e che consiglio a tutti quelli che al solo sentir nominare parole come crittografia, codice, computazionale, tecnologie abilitanti del futuro, Frau Blücher (ma questo vale solo in casi eccezionali), tremano e cercano di trovare rifugio in altri discorsi. Ed è proprio qui che vi sbagliate, perché quello che appare difficilissimo è in realtà davvero difficile, ecco, ma attraverso le pagine di questi giovani (nel cuore) autori, tutto sembra magicamente trovare un significato. Ogni parola al suo posto e ogni gatto nella sua scatola, tanto che alla fine del libro potreste sentire anche un certo senso di onnipotenza intellettiva, che poi svanisce certo, ma almeno potrete dire di averla provata per una volta.

E quindi?

Quindi procediamo con le domande serie che ho cercato di fargli, e per le cui risposte non posso che ringraziarli augurandogli di far diventare questo “gattone” cartaceo, un’avventura per diverse opzioni di apprendimento sulla materia trattata.

Il concetto di sovrapposizione è centrale nella vostra spiegazione. Come lo descrivereste a un lettore non tecnico, e perché è così importante per la potenza dei computer quantistici?

La sovrapposizione ci dice che un oggetto quantistico, finché non lo misuriamo, si trova contemporaneamente in più stati, o condizioni. Pensiamo a una moneta lanciata per aria: finché non approda sul palmo della nostra mano, a priori si trova sia nello stato “testa” sia nello stato “croce”. La differenza tra una moneta e un oggetto quantistico è che, nel caso della moneta, se abbiamo informazioni sufficienti su come è fatta, quanto pesa, che forza abbiamo impresso nel lancio, qual è la composizione dell’aria nell’ambiente ecc., le teorie della fisica ci consentono di prevedere con precisione quale sarà il risultato, se testa o croce. Nel caso di un oggetto quantistico, invece, questo non è vero, nel senso che non importa il livello delle conoscenze che abbiamo: fino al momento in cui avviene la misura, un oggetto quantistico si trova a priori in due o più stati contemporaneamente. Questo fa sì che possa, in un certo senso, fare più cose allo stesso tempo; quindi, anche più calcoli – cosa che rende un calcolatore quantistico più veloce di un computer normale, un po’ come se fosse multitasking.

Nel libro parlate della supremazia quantistica come di un momento simbolico, ma non definitivo. A che punto siamo oggi nello sviluppo dei computer quantistici e quali traguardi sono ancora necessari per applicazioni pratiche?

Fino a pochi anni fa, in effetti, era opinione diffusa che ci sarebbero voluti almeno trenta, quarant’anni prima di sviluppare macchine quantistiche in grado di svolgere compiti complessi. Questo perché i sistemi quantistici sono “volubili”: basta un nonnulla, una minima interferenza esterna imprevista, per distruggere la sovrapposizione di stati a cui abbiamo accennato prima e far precipitare, per così dire, un oggetto quantistico in uno stato definito prima che sia il momento giusto per farlo. Sono quindi soggetti a errori difficili da prevedere e difficili da evitare. Uno dei grandi miglioramenti degli ultimi anni è stato proprio nella riduzione degli errori, ottenuta sia migliorando i sistemi di produzione dei computer sia le tecniche usate per controllare gli elementi che li compongono. Nonostante ci siano ancora vari ostacoli da superare, i primi computer quantistici affidabili esistono già, seppure siano ancora limitati rispetto a quello che potremo realizzare nel prossimo futuro. Non è possibile, oggi, pensare di sostituirli ai super computer per svolgere calcoli complessi, ma sono già utilizzabili – e utilizzati – per gestire alcuni aspetti. Esempi di usi concreti esistono già in settori come l’ottimizzazione o la simulazione di molecole. Vedremo nel prossimo futuro sempre più questo approccio ibrido, con supercomputer che delegano alcuni aspetti alle macchine quantistiche. Anche perché, in questo momento storico in cui i consumi stanno diventando uno dei principali problemi dei data center, sempre più numerosi, va ricordato che uno dei grandi vantaggi dei computer quantistici è il consumo energetico quasi nullo.

Dalle pagine emerge come il mondo quantistico metta in discussione intuizioni classiche su causalità, località e realtà fisica. In che modo i qubit incarnano questa rottura concettuale e perché è rilevante anche fuori dalla fisica teorica?

Ciò che rende speciale un qubit, l’unità di informazione quantistica, è la sua capacità di assumere non solo i valori 0 e 1, come i bit che conosciamo, ma anche un continuum di possibilità nel mezzo – grazie al principio di sovrapposizione di cui abbiamo appena parlato. I qubit possono anche godere di una speciale proprietà, sempre quantistica, chiamata entanglement: se una coppia di particelle legate da questa proprietà viene separata e una delle due si trova sulla Terra e l’altra su Marte, per dire, una misura di quella sulla Terra fa sì che, istantaneamente, io sappia anche quale è il risultato della misura fatta su Marte. Qui c’è una apparente contraddizione con il principio di relatività di Einstein: sembra vi sia una trasmissione istantanea di informazione. È vero? Non è vero? Nel libro lo spieghiamo per filo e per segno!

Parliamo di crittografia e delle conseguenze per la sicurezza dei dati. Quali sono gli scenari realistici di impatto dei computer quantistici sulla sicurezza informatica?

La spinta alla realizzazione di un computer quantistico è nata proprio dal problema della sicurezza dei dati: le attuali tecniche di crittografia sono infatti basate sul fatto che è difficile (nel senso che richiede molto tempo e molta potenza di calcolo) svolgere certe operazioni matematiche che, per contro, un computer quantistico (grazie al principio di sovrapposizione) potrebbe realizzare con relativa facilità. Di conseguenza, non è questione di “se”, ma di “quando” avremo computer con un numero di qubit sufficiente per gestire queste operazioni e, di conseguenza, violare le comunicazioni segrete, falsificare identità digitali etc. Da un lato, dunque, la spinta degli investimenti verso i computer quantistici nasce proprio dal timore che queste macchine (in mano a realtà avversarie) potranno violare la sicurezza digitale. Allo stesso tempo, d’altro canto, proprio le tecnologie quantistiche offrono la possibilità, attraverso comunicazioni mediate da entanglement, di superare questi limiti e aprire le porte a comunicazioni ultrasicure. In altre parole, nel quantum si annida sia il problema che la soluzione – motivo per cui si tratta di un settore dove gli investimenti pubblici sono ingenti, in particolare da parte della difesa.

Quali sono, o saranno, i settori che potrebbero beneficiare per primi del calcolo quantistico e quali invece resteranno probabilmente dominio del calcolo classico?

Una cosa importante da capire è che i computer quantistici non saranno i successori dei calcolatori classici, quanto piuttosto una sorta di compagno specializzato. Per la maggior parte dei compiti, i computer classici o anche i supercomputer classici continueranno a essere la soluzione migliore; in settori come quello farmaceutico (per simulare molecole, ad esempio), finanziario (per ottimizzare i portafogli) e logistico (per trovare i percorsi più efficienti), invece, i computer quantistici potranno davvero fare la differenza.

Guardando al futuro, quale sarà secondo voi il segnale che indicherà che il calcolo quantistico è passato da tecnologia sperimentale a infrastruttura essenziale, paragonabile a Internet o ai semiconduttori?

Quando non se ne parlerà più! Forse il vero, unico indicatore in tal senso è proprio la caduta di attenzione: il momento in cui una tecnologia è così integrata che neppure la si nota più. Questo è stato sicuramente vero nel caso della rete e la stessa cosa – a quanto pare – sta succedendo ora con l’IA.