Intelligence, Enrico Prati al Master dell’Universitá della Calabria

“Fisica quantistica, tecnologie e intelligence” è il tema della lezione di Enrico Prati, professore dell’Università statale di Milano, svolta al Master in Intelligence dell’Università della Calabria, diretto da Mario Caligiuri. Il docente, uno dei più importanti studiosi europei dell’informatica quantistica, ha esordito ricordando che “Quando si parla di tecnologie quantistiche stiamo parlando di tecnologie che sono basate su concetti e idee sviluppati più di cento anni fa.”

Ha infatti spiegato che "lo sviluppo delle nanotecnologie, dei processi di ingegnerizzazione, chimici, fisici e le tecniche di lavorazione dei semiconduttori, permettendo di realizzare oggetti su scala nanometrica, sino ad arrivare al controllo dei singoli atomi, rappresentano le basi che hanno consentito il recente sviluppo degli elaboratori quantistici".

Ha poi sottolineato come "la fisica quantistica si occupi di oggetti estremamente piccoli, come gli elettroni e i fotoni. Essa è regolata da leggi e caratteristiche diverse rispetto a quelle della fisica tradizionale. Una di queste è la sovrapposizione quantistica, in base alla quale un atomo può trovarsi in diversi stati contemporaneamente, ad esempio nello stato fondamentale e nello stato eccitato".

Un altro principio che governa la fisica quantistica è rappresentato dal cosiddetto “entanglement”, fenomeno per cui due sistemi che prima erano un tutt’uno non possono essere trattati e misurati individualmente dal momento che presenteranno delle caratteristiche interdipendenti, che si condizioneranno a vicenda. Un terzo aspetto fondamentale è rappresentato dalla non commutatività, caratteristica la cui descrizione ha richiesto il ricorso a una matematica completamente diversa, in particolare alla meccanica delle matrici.

Dopo aver accennato alla "possibilità di poter codificare le informazioni direttamente nella materia, Prati ha precisato i tre ambiti di tecnologia quantistica da tenere in considerazione, aventi tutti la caratteristica di poter essere sfruttati dal punto di vista informativo, con ruoli differenti: i computer, le comunicazioni e i sensori".

Per il docente, questi tre ambiti "sono collegati tra loro e corrispondono al fabbisogno dell’intelligence di processare una quantità di dati sempre maggiore (computer), permettendo il loro trasferimento con maggiore sicurezza e integrità (comunicazione) e, infine, ottenendo una maggiore capacità di misurazione e mappatura dei dati grazie all’uso di queste nuove tecnologie (sensori)".

Prati ha quindi ribadito "l’importanza di assicurare una 'catena quantistica' tra questi tre elementi, collegando le potenzialità di raccolta di un sensore, quale ad esempio un quantum radar, con quelle di elaborazione di un computer quantistico, mediante una rete di comunicazione crittografata quantistica, che preservi e assicuri l’integrità dei dati comunicati".

"Le conquiste della tecnologia quantistica, ha sottolineato, rappresentano sicuramente un forte interesse per gli Stati dal momento che il loro conseguimento garantirà delle posizioni di vantaggio in termini economici ma anche in chiave di dominio geopolitico. Per questo occorre subito comprendere, analizzare e anticipare, secondo il metodo dell’intelligence, le politiche di investimento e di alleanze che sottendono le attuali ricerche scientifiche".

Il docente ha poi ricordato che "quaranta anni fa il computer quantistico era oggetto di studi per ottenere un minore consumo energetico, mentre oggi assicura una straordinaria potenza di calcolo. E’ questa la vera ragione del successo dei computer quantistici e va rintracciata nella classe dei suoi algoritmi i quali, a parità di problema, possono trovare la soluzione con un numero di passaggi esponenzialmente inferiore rispetto agli algoritmi realizzati per gli elaboratori tradizionali. Si passa, infatti, da una logica booleana, basata sullo stato del bit, zero o uno, a un concetto di stato probabilistico del bit, in uno spazio vettoriale più ricco e complesso".

Prati ha brevemente illustrato le tappe fondamentali dello sviluppo dei computer quantistici, partendo dai primi anni Ottanta del secolo scorso, con i primi articoli dei fisici Benioff e Manin, al 1985 con la definizione di computer quantistico come macchina universale da parte di David Deutsch, fino alla realizzazione pratica del primo prototipo di computer quantistico da parte della IBM nel 2001. Bisognerà attendere peró il 2012 per avere il primo computer quantistico commerciale.

Il docente si è quindi soffermato "sull’importanza di sviluppare algoritmi specifici che permettano di ottenere dei vantaggi reali (i cosiddetti “quantum speedup“ o “quantum advantage”) rispetto agli elaboratori tradizionali. Tali vantaggi possono fare la differenza, ai fini commerciali, in contesti quali i mercati finanziari o in scenari di sicurezza informatica. Inoltre la capacità di calcolo dei quantum computer può trovare impiego in scenari in cui occorre affrontare dei calcoli particolarmente complessi, che richiedono quantità di tempo elevate".

Prati ha poi accennato alle "diverse architetture con cui sono realizzati i quantum computer: a porte logiche, computer quantistico adiabatico, one way quantum computing. Le tecnologie, invece, alla base dei quantum computer sono le più disparate e vedono una forte competizione tra i maggiori produttori mondiali, ma anche la presenza di diverse startup".

Le capacità computazionali dei computer quantistici è particolarmente efficace per criptare e decriptare i dati, così come per l’implementazione degli algoritmi ideati per l’intelligenza artificiale. Quest’ultimo aspetto vede lo sviluppo di tre metodi: la classificazione supervisionata, non supervisionata e l’apprendimento per rinforzo.

Le capacità di calcolo dei computer quantistici può potenziare l’intelligenza artificiale, nonché fare la differenza in scenari in cui il suo impiego è rilevante dal punto di vista dell’intelligence, come ad esempio nell’attività di rilevamento delle minacce o delle anomalie nell’ambito della cybersecurity o nell’ambito delle tecniche di proiezione e anticipazione dei tempi, come le previsioni dell’andamento degli scenari economici, ad esempio.

In questa fase dello sviluppo dei computer quantistici, in cui, data la complessità tecnica di realizzazione e di funzionamento degli elaboratori quantistici, sono pochi i laboratori che detengono tali macchine, l’accesso avviene esclusivamente da remoto per cui si pone il problema della sicurezza dei dati, sia sul canale comunicativo, in fase di trasmissione, sia in ordine alla custodia degli stessi. A tal fine sono in fase di sviluppo delle specifiche tecniche di protezione dei dati definite “blind quantum computing”.

Evidenziando "l’importanza di proseguire nello studio di queste tecnologie, Prati ha concluso sottolineando il vantaggio acquisito dagli Stati Uniti sui computer quantistici e della Repubblica Popolare cinese sulle quantum communications, concludendo con l’Unione Europea che eccelle nell’ambito dello sviluppo dei sensori quantistici".