Dal computer tradizionale al computer quantistico. Un salto, un distacco vertiginoso da tutto ciò che abbiamo fatto finora, una nuova via che ha ricadute enormi sullo stesso approccio al mondo e alla realtà dell’intera umanità. Un salto che dà i brividi, soprattutto per chi, come la maggior parte dell’umanità, subirà questo passaggio senza avere la minima idea di come funzionano i meccanismi di quella che possiamo a ragione chiamare la “nuova era”. Per riuscire perlomeno ad averne una, sia pur sbiadita, consapevolezza, abbiamo interpellato l’ingegnere informatico Donato Apollonio, ex responsabile nazionale della gestione dati del Pd.
Un primo, ragionevole dubbio, siede alla base della comprensione dei motivi dello sviluppo delle tecnologie, lanciate, con enorme dispendio di risorse economiche e naturali, al fine di arrivare a potenze di calcolo sempre più veloci e precise. Perché è necessario?
“Una prima risposta si basa sul fatto che esiste una competizione fra le super potenze: è chiaro che la super potenza che arriva “prima” a costruire un computer più veloce acquista un vantaggio rispetto alle altre. La logica è banale: naturalmente gli altri giocatori al tavolo devono essere almeno altrettanto veloci. Pensiamo ad esempio ai sistemi per decifrare le comunicazioni militari. Se la Russia, la Cina, o gli Usa riescono a decifrare comunicazioni cifrate riservate, è un vantaggio tattico. Pensate alla svolta decisiva a cui portò nel corso della seconda guerra mondiale l’essere riusciti a decifrare la macchina Enigma. In questo contesto geopolitico così compromesso, è chiaro il vantaggio tattico dell’utilizzo di una potenza di calcolo. Ci sono poi tutte le varie applicazioni che potrebbero derivare da una potenza di calcolo aumentata, come ad esempio, l’Intelligenza artificiale”.
Cosa comporterebbe l’applicazione del calcolo quantistico all’IA?
“Si parla tanto di QAI, ovvero Quantum Artificial Intelligence. Si tratta di algoritmi che usano i principi della meccanica quantistica (sovrapposizione ed entanglement) per potenziare e velocizzare l’addestramento di sistemi di machine learning e deep learning. L’addestramento di una IA infatti richiede molto tempo, molte risorse di calcolo, tant’è che attualmente la richiesta di energia per far “vivere” le IA ha superato l’energia necessaria per minare i bitcoin (attualmente il mining di Bitcoin in tutto il mondo consuma circa la metà del fabbisogno energetico dell’intera Italia). Quindi, se si riuscisse a utilizzare il calcolo quantistico per l’addestramento ma anche, poi, per l’inferenza, ovvero per poter far “ragionare” l’IA, sarebbe un grande vantaggio. Altre applicazioni riguardano l’ambito sanitario, come la ricerca volta a trovare nuove molecole che possano essere alla base di nuovi farmaci come ad esempio un vaccino per certi tumori, dal momento che le combinazioni dei vari atomi e dei legami tra essi, sono tantissime e difficilmente simulabili in quanto obbediscono alle leggi della meccanica quantistica. Un computer quantistico è avvantaggiato perché non approssima i comportamenti quantistici ma li riproduce naturalmente”.
Quali sono le caratteristiche che rendono “diverso” il calcolo quantistico da quello tradizionale?
” È veramente difficile riuscire a spiegarlo perché si tratta di un approccio alla programmazione completamente differente, servono nuovi algoritmi e un nuovo modo di concepire l’informatica stessa. Non voglio annoiarvi con approfondimenti tecnici, vi dico solo che in questi sistemi la più piccola unità di informazione non è più il bit che poteva assumere solo i valori zero e uno in modo esclusivo (cioè o zero o uno), bensì il qubit, contrazione del quantum bit, che può assumere contemporaneamente i valori zero e uno secondo uno spettro di probabilità. Grazie a questa contemporaneità di valori possiamo “parallelizzare” il calcolo riducendo drasticamente i tempi e la scalabilità dell’algoritmo”.
Ma qual è secondo lei l’applicazione “di punta” del calcolo quantistico?
“Per quanto mi riguarda non ho dubbi: quella della IA. Per farle un esempio di ciò che si prospetta: si parla molto di autocoscienza dell’intelligenza artificiale, ma ci sono studi sull’autocoscienza del cervello umano che ipotizzano che possa essere basata sulle leggi della meccanica quantistica. Ciò significherebbe, anche se sembra una visione da fantascienza, che l’utilizzo di una intelligenza artificiale basata sul calcolo quantistico potrebbe simulare un’autocoscienza di stampo umano. Sarebbe una cosa meravigliosa, ma nello stesso tempo apre un ventaglio di ricadute negative amplissimo”.
La domanda scatta spontanea: ma se tutto ciò è così e non ci sono motivi per cui non sia così, non potremmo essere onesti e dichiarare che il fine ultimo di tutta questa ricerca è creare la copia più perfetta possibile dell’essere umano?
“La mia risposta, su cui qualcuno non sarà d’accordo, è che la copia l’abbiamo già costruita, anzi, ne abbiamo costruita una migliore. Sostanzialmente, abbiamo creato un piccolo Sheldon (il riferimento è alla serie televisiva The Big Bang Theory, dove Sheldon è uno scienziato con un Qi decisamente superiore alla media), uno Sheldon di una decina di anni, senza ancora esperienza su tutte le cose del mondo, ma con una conoscenza vastissima e un’intelligenza sicuramente al di sopra del comune. Per quanto riguarda la domanda in generale, non possiamo sapere se qualcuno stia pensando di clonare il cervello umano, o voglia spingersi a creare un essere umano non solo migliore, ma addirittura perfetto. Di certo, c’è che la sfida è affascinante”.
Un altro punto su cui forse bisognerebbe fare luce sono i costi in materia di impatto ambientale derivanti dalle ricerche in corso e dalla funzionalità di questi nuovi modelli. Lei che ne pensa?
“Le ricadute ambientali ci sono sia per l’IA che per i bitcoin, anche se non so rispondere sulle esigenze energetiche del calcolo quantistico e non credo che qualcuno in questo stadio di sviluppo si sia preoccupato del tema, ma ad occhio e croce potrebbero non essere un problema primario, dal momento che l’efficienza e dunque la velocità degli algoritmi di quantum computing sono diversi ordini di grandezza al di sopra rispetto al caso dei calcolatori convenzionali. Ad ogni modo, per quanto riguarda criptovalute e AI, c’è un problema serio di dispendio energetico”.
Tornando al computer quantistico, l’attesa cui siamo stati preparati ha a che fare con il famoso “cambio totale”. Ma come lo spiegherebbe al di là del concetto, in un certo senso semplice, dell’aumento impressionante della velocità nel fornire soluzioni?
“La capacità di trovare “prima” soluzioni senz’altro, ma si tratta di soluzioni che sono impensabili. Faccio un esempio: nel 1994 quando il calcolo quantistico era solo una affascinante teoria, il matematico Peter Shor scoprì un algoritmo quantistico a complessità polinomiale (non sub-esponenziale come per gli algoritmi convenzionali) per la scomposizione in fattori in primi di un numero intero. La scomposizione in fattori primi di un intero molto grande è un problema molto arduo da risolvere ed è alla base dell’algoritmo RSA, ovvero quell’algoritmo che ha consacrato la crittografia asimmetrica che è alla base delle comunicazioni cifrate, della firma digitale e di tante altre cose che riguardano la sicurezza, anche se ora stanno progressivamente lasciando il posto agli algoritmi a curve ellittiche; in ogni caso, il timore è che questi algoritmi siano bucati da un processore quantistico. Un rischio molto reale. Tant’è vero che ora ci stiamo spostando con tante difficoltà verso i cosiddetti algoritmi post-quantistici. Il timore, per fare un esempio, è altissimo nel campo dei bitcoin e delle criptovalute in generale, dove il rischio è che un algoritmo quantistico riesca ad indovinare le chiavi private che determinano la proprietà di un portafogli. Si presume che servano ancora 4-5 anni. Da sottolineare che attualmente il bitcoin con i suoi 2,2 trilioni di dollari è attualmente all’ottavo posto dopo Amazon nella classifica mondiale per capitalizzazione. Immaginate quale sarebbe il potere di chi riuscisse a scardinare la “cassaforte” in cui sono rinchiusi. Acquisirebbe il dominio del mondo”.
E’ questa la prima preoccupazione che incombe sugli studi attuali?
“In realtà credo che la prima cosa che debba preoccuparci è la rivalità fra i potenti del mondo, particolarmente forte in questo clima di instabilità geopolitica attuale. L’ostilità fra le potenze non agevola la collaborazione, anzi crea un clima di competizione in cui tutti vogliono arrivare prima. Come si sottolineava poc’anzi, la possibilità di arrivare prima in questa corsa è premiata ad esempio dall’avere un sistema più veloce, in grado quindi di individuare un bug, ad esempio nel sistema di puntamento dei missili, di un’altra nazione. Con conseguenze che possiamo solo tentare di immaginare. A mio avviso, a trainare la ricerca nel campo del quantum computing sono soprattutto le applicazioni in campo militare sia per la costruzione di armi sempre più distruttive sia per acquisire un vantaggio nella cyberguerra”.
In questa gara fra potenze mondiali Cina, Usa, Russia, India, a che punto si pone l’Europa?
“Siamo indietro, non c’è dubbio. In Italia stiamo accendendo i primi quantum computer sperimentali, ma in generale siamo rimasti indietro. Il problema fondamentale è che “quelli bravi” sono corteggiati dalle grandi potenze e finiscono per andare a lavorare fuori. Un ricercatore in Italia è pagato pochissimo rispetto all’estero e ciò indubbiamente agevola la fuga di cervelli. E quando si verifica questo, è difficile essere competitivi”.
In foto Donato Apollonio
