Quantum AI: oltre i confini del tech

Il 9 dicembre del 2024 Google ha presentato Willow, un processore quantistico in grado di risolvere in meno di cinque minuti un problema che richiederebbe ai computer più veloci del mondo 10 septilioni di anni, più dell’età stimata dell’intero universo. Pochi mesi dopo, il 18 maggio del 2025, NVIDIA ha inaugurato in Giappone quello che viene descritto come “il più grande supercomputer di ricerca quantistica al mondo”. Un sistema ibrido composto da computer tradizionali e processori quantistici, le cui attività vengono coordinate dall’intelligenza artificiale (IA). Sono le due tappe più recenti della vigorosa accelerazione che sta spingendo la Quantum AI, ossia la combinazione tra la potenza del calcolo quantistico e l’intelligenza artificiale. Una rivoluzione tecnologica che al momento possiamo ancora considerare un’ambiziosa promessa, ma che secondo alcuni analisti è destinata a trasformare le economie e le società su scala globale.

La grande forza del calcolo quantistico risiede nel fatto che, mentre i computer tradizionali elaborano informazioni usando bit con valore 0 o 1, i processori quantistici utilizzano i qubit, che possono assumere simultaneamente più valori, permettendo di gestire una mole di calcoli molto più vasta. Se per una serie di compiti gli elaboratori tradizionali di grande potenza restano più efficaci, in alcuni ambiti il quantum computingpotrebbe gestire calcoli oggi irrisolvibili o elaborare complesse simulazioni. Usare il condizionale è però d’obbligo perché al momento i calcoli quantistici soffrono di errori che richiedono sofisticati metodi di correzione per arrivare a risultati affidabili. Ed è qui che l’intelligenza artificiale sta dando un importante contributo, tramite algoritmi che ottimizzano il funzionamento dei processori, permettono una gestione più efficiente delle informazioni, correggono gli errori e arrivano anche a progettare in autonomia circuiti più performanti. Dall’altro lato di questa nuova alleanza con l’IA, i computer quantistici offrono una soluzione ai limiti dell’hardware tradizionale per il miglioramento delle applicazioni di intelligenza artificiale, garantendo più risorse per l’analisi dei dati e l’addestramento dei modelli. 

In questa sinergia le due tecnologie si completano a vicenda e possono reciprocamente spingersi verso nuovi traguardi. L’interesse per gli sviluppi di questo binomio è stato certificato dalla decisione delle Nazioni Unite di dichiarare il 2025 “Anno internazionale della scienza e delle tecnologie quantistiche”, con l’obiettivo di “sensibilizzare l’opinione pubblica sull’importanza e l’impatto della scienza e delle applicazioni quantistiche su tutti gli aspetti della vita”.

Competizione tra superpotenze nell’era del quantum

Al di là delle meritevoli iniziative multilaterali di collaborazione e sensibilizzazione, va evidenziato che il crescente valore strategico della Quantum AI ha innescato una competizione globale che coinvolge governi, grandi aziende e centri di ricerca. Gli Stati Uniti possono contare al momento su una leadership basata sulla loro supremazia sia nel campo quantistico che dell’IA. I colossi tecnologici privati, in particolare IBM, Google, Microsoft e Amazon, guidano la fuga in avanti. IBM detiene il maggior numero di brevetti sul quantumdepositati presso lo United States Patent and Trademark Office (USPTO), dove si è passati da 63 brevetti nel 2013 a 790 nel 2023. Google da oltre dieci anni ha sviluppato in partnership con la NASA il Quantum Artificial Intelligence Lab e si è posta come obiettivo di lanciare sul mercato nel 2029 la prima Quantum AI applicata a problemi reali nei settori della farmaceutica, dell’energia e dei materiali. 

Come da tradizione, Washington punta molto sul ruolo trainante del settore privato, ma allo stesso tempo ha individuato nel quantum computing un ambito da sostenere con fondi pubblici, limitando al contempo l’accesso a queste tecnologie da parte dei suoi avversari. A dicembre del 2024, con un voto bipartisan, il Congresso ha votato il National Quantum Initiative Reauthorization Act, che prevede 2,7 miliardi di dollari in cinque anni per far progredire le applicazioni pratiche della tecnologia quantistica, con un’attenzione particolare alle ricadute per la sicurezza nazionale. La legislazione ha ampliato la portata delle precedenti misure approvate nel 2018 durante il primo mandato del presidente Trump e ha spostato l’enfasi dalla ricerca di base, che finora ha caratterizzato il mondo del quantum, alle applicazioni più concrete. A ottobre del 2024 il dipartimento del Tesoro americano ha inoltre annunciato severe restrizioni ad alcuni tipi di investimento americano e al trasferimento di know-how verso aziende straniere (per ora solo cinesi) che operano in questo ambito. Restrizioni che si aggiungono a quelle sull’esportazione di tecnologie sensibili per lo sviluppo dei processori quantistici varate nel settembre del 2024 dal dipartimento del Commercio.

I timori di Washington sono rivolti verso la Cina, che già nel Piano quinquennale del 2016 aveva incluso la tecnologia quantistica tra i progetti scientifici prioritari. Nel piano successivo fino al 2025 la quantum information science è stata classificata come seconda area chiave tra le tecnologie emergenti, subito dietro l’intelligenza artificiale e prima dei semiconduttori. Gli stanziamenti pubblici dimostrano la rilevanza che Pechino riserva a questo ambito. Secondo dati di McKinsey, nel 2023 gli investimenti statali ammontavano a 15,3 miliardi di dollari, ben al di sopra dei 3,8 americani. Un sostegno che ha portato i ricercatori cinesi a depositare più brevetti di Stati Uniti ed Europa messi insieme. Questo primato in termini assoluti viene però depotenziato dal fatto che il 60% dei brevetti applicati o citati nei lavori scientifici sono ancora Made in USA. 

L’enorme produzione di brevetti deriva dal preminente ruolo delle università e degli istituti di ricerca nell’ecosistema quantistico cinese, mentre le iniziative delle aziende private hanno subito qualche battuta d’arresto. Nel 2024 grandi gruppi come Alibaba e Baidu hanno deciso di chiudere i propri laboratori quantistici, donando le apparecchiature a enti pubblici. Difficile individuare le vere ragioni di questa decisione. Alcuni analisti l’hanno attribuita al tentativo di Pechino di accentrare a livello statale lo sviluppo di una tecnologia ritenuta strategica e molto sensibile. Altri l’hanno interpretata come un segnale di rallentamento dell’entusiasmo verso un settore che al momento offre promettenti scenari, ma limitati guadagni nel breve termine. Il fronte degli scettici sostiene che la sbandierata rivoluzione sia molto prematura e le applicazioni pratiche, che porterebbero anche ritorni economici, sono limitate a pochi esperimenti su ambiti assai ristretti. I processori quantistici, inoltre, sono molto costosi, fragili e richiedono condizioni estreme (temperature intorno allo zero) per poter funzionare in modo performante. 

Nonostante queste incognite, l’apporto dell’intelligenza artificiale sta trasformando il settore del quantum nell’ennesimo terreno di competizione tecnologica tra le due superpotenze. In uno scenario futuro in cui solo Stati Uniti e Cina disponessero di processori avanzati, il resto del mondo sarebbe costretto a scegliere se affidarsi all’uno o all’altro per poter beneficiare delle applicazioni. 

E l’Europa?

Tale prospettiva preoccupa l’Europa e la sta spingendo a costruire la propria autonomia quantistica. Nel 2018 l’Unione europea ha lanciato il programma Quantum Flagship, un’iniziativa decennale con uno stanziamento di un miliardo di euro, che ha già finanziato numerosi progetti di università, centri di ricerca e aziende. Nel dicembre del 2023 la Commissione ha promosso la Dichiarazione europea sulle tecnologie quantistiche, nella quale i governi si sono impegnati a rafforzare ulteriormente la cooperazione e gli investimenti, puntando a trasformare il Vecchio continente nella “Quantum Valley del mondo”. Un obiettivo ambizioso sostenuto da una rete di computer quantistici installati in diversi Paesi, compresa l’Italia, tramite l’iniziativa EuroHPC (Impresa comune europea per il calcolo ad alte prestazioni). Una sorta di ecosistema federato di infrastrutture quantistiche e di supercalcolo che offre applicazioni avanzate e servizi a cittadini, organizzazioni e imprese. 

Lo scorso dicembre è stato annunciato che l’Innovate Consortium, guidato da CINECA (il consorzio interuniversitario italiano che gestisce le infrastrutture di supercalcolo) e composto da sette partner industriali italiani di diversi settori, è stato scelto per ospitare e gestire il primo supercomputer industriale di EuroHPC. L’infrastruttura sarà installata presso il Tecnopolo di Bologna, già sede del supercomputer Leonardo, anch’esso parte della rete europea. Oltre a una radicata tradizione di ricerca accademica sulla quantistica, il nostro Paese vanta diverse eccellenze. Nel 2024 l’Università Federico II di Napoli ha inaugurato il Superconducting Quantum Computing Center, una struttura all’avanguardia che fa parte di un network coordinato dal Centro nazionale per la ricerca in supercalcolo (ICSC). 

Per l’Italia, così come per tutti i Paesi impegnati nello sviluppo della quantistica, la sfida dei prossimi anni sarà tradurre la ricerca in applicazioni pratiche. La combinazione con l’intelligenza artificiale potrebbe facilitare questo passaggio strategico, rendendo a quel punto la Quantum AI una vera rivoluzione in grado di plasmare lo sviluppo economico dei Paesi. Con un conseguente acuirsi della competizione geopolitica per il controllo di questa tecnologia.