In occasione della conferenza biennale EQTC (European Quantum Technologies Conference), che si è tenuta quest'anno alla fine di ottobre ad Hannover, è emerso un quadro generale sullo stato dell'arte e sulle prospettive delle tecnologie quantistiche in Europa.
All'evento sono intervenute 700 figure chiave delle scienze, dell’industria e delle startup, per circa 120 talk. Hanno partecipato poco meno di 50 espositori e, tramite poster, sono stati presentati 150 progetti di quantum computing e communication realizzati in Europa.
EQTC 2023 è stata organizzata nel contesto della European Quantum Flagship supportata da QUCATS, la Quantum Coordination and Support Action finanziata dalla Commissione Europea. La Quantum Flagship, lanciata nel 2018, è un'iniziativa di ricerca e innovazione a lungo termine che ha l’obiettivo di portare l’Europa in prima linea nell’ambito delle tecnologie quantistiche. L'iniziativa prevede 2 miliardi di euro di finanziamento per i prossimi 7 anni a livello europeo e altri quattro e mezzo a livello di singole nazioni.
I centri di ricerca nella Quantum Valley europea, culla delle tecnologie quantistiche
I lavori della conferenza sono stati anticipati dalla visita a centri di ricerca della Quantum Valley della bassa Sassonia. Il primo è stato il Laser Zentrum Hannover (LZH), ente di ricerca specializzato nella fotonica e nella tecnologia laser applicati alle tecnologie quantistiche, a quelle spaziali, alle scienze, all’agricoltura, alla produzione industriale e alla stampa additiva. Modello di collaborazione fra pubblico e privato, il centro ha il 25% dei finanziamenti provenienti da commesse industriali. Interviene sull’intera value chain, inclusi i processi di produzione.
Esempi di applicazioni sviluppate riguardano ad esempio la gravitational wave detection, i laser allo stato solido, i componenti della fotonica quantistica, l’analisi di immagini mediche, lo sviluppo di tecnologie per la smart agriculture, la lavorazione di materiali compositi o plastici.
A seguire, la visita è continuata con l’Hannover Centre for Production Technology (PZH), centro di ricerca e innovazione a cui collaborano sei istituti universitari e realtà industriali di ogni dimensione, e incubatore di startup. In particolare, l’Institute of Microproduction Technology del PZH fornisce alla ricerca e al mondo industriale la tecnologia per lo sviluppo di micro-sensori e micro-attuatori. Questi servono sia per le misure magnetiche, sia per l’analisi dei materiali, le microlavorazioni e i micro-assemblaggi.
Le tecnologie quantistiche, dalla sperimentazione all'industria reale
La conferenza vera e propria è stata ufficialmente aperta dagli interventi dei rappresentanti della Leibniz University di Hannover, del Ministro della scienza e della cultura della bassa Sassonia e di Roberto Viola, direttore generale per le politiche digitali della Commissione europea (DG Connect).
Essi, assieme ai successivi panelist, rappresentanti dell’European Quantum Flagship, del Quantum Industry Consortium (QuIC), del Quantum Coordination Board (QCB) e del Quantum Community Network (QCN), hanno una volta di più sottolineato l’importanza delle tecnologie quantistiche per un ampio spettro di applicazioni. Applicazioni che sono già oggi sperimentalmente possibili e ancor più realizzabili in futuro. Si è parlato anche della necessità di rendere l’Europa sempre più all’avanguardia e autonoma sia dal punto di vista della ricerca sia delle sue ricadute in ambito industriale.
La Quantum Internet Alliance (QIA), fondata nel 2017 con l’obiettivo di abilitare processori quantistici locali ovunque sulla Terra, sta in particolare costruendo il primo prototipo di rete di Internet quantistica full-stack al mondo. In questo modo, guida l’ecosistema europeo dell’Internet quantistica verso livelli di eccellenza.
L'iniziativa Quantum Internet
Il primo passo concreto verso la Quantum Internet è l’iniziativa European Quantum Communication Infrastructure (EuroQCI), volta a sviluppare a livello europeo le comunicazioni quantistiche. In questo ambito si parla di comunicazioni sicure, quindi protette dall’hacking dei sistemi crittografici tradizionali che sarà reso possibile dalla stessa tecnologia quantistica, di sicurezza quantistica in Cloud, di sincronizzazione dei clock, delle password, della posizione, e così via.
Di QIA fanno parte anche player delle telecomunicazioni come l'italiana Tim e la spagnola Telefonica. Eagle-1 è invece il prototipo di satellite, sviluppato dall’ESA che, in ambito EuroQCI, abilita la comunicazione quantistica.
Reti di telecomunicazione classiche e quantistiche sono destinate nel prossimo futuro (almeno 3-6 anni) a convivere. La strada è infatti quella delle soluzioni ibride, con le funzionalità di rete più opportune (classiche o quantistiche) da impiegare a seconda dell’applicazione. Entro una decina d’anni si prevede di avere device connessi, certificazioni e standard, inclusa anche l’integrazione di QKD con PQC (Post Quantum Cryptography). La Post-Quantum Cryptography (PQC) è una risposta classica all’avvento del calcolo quantistico. La PQC si occupa, infatti, del design di schemi crittografici a chiave pubblica implementabili su elaboratori classici e resistenti anche ad attacchi di tipo quantistico. Di conseguenza, le tecniche crittografiche post-quantum basano la propria sicurezza su problemi matematici per cui non sono noti algoritmi risolutivi efficienti, indipendentemente dalla loro natura classica o quantistica.
Sotto l’egida di EuroQCI, Petrus è un consorzio fondato Deutsche Telekom, Airbus, AIT Austrian Institute of Technology GmbH e Thales. Si propone di supportare e coordinare i progetti di implementazione della rete quantistica europea. Ad EQTC 2023, nell’ambito di Petrus, erano presenti ben tre società italiane. Telsy, l’azienda del gruppo Tim focalizzata sulle soluzioni di sicurezza, QTI, spin-off del CNR successivamente acquistata da Telsy, e ThinkQuantum, spin-off dell’unità di Padova.
QTI, in particolare, nell’agosto 2021, ha supportato l’implementazione della comunicazione quantistica intergovernativa fra tre Paesi: Italia, Slovenia e Croazia. Si è trattato della prima trasmissione quantistica tra tre nodi (Trieste, Lubiana e Rijeka) situati auna distanza in linea d'aria di 95 e 100 km.
Gli scenari di simulazione quantistica
Complementare a EuroQCI è EuroQCS (European Quantum Computing Simulation infrastructure). In particolare, EuroHPC-QCS è l’iniziativa, lanciata nel 2019, che ha l’obiettivo di arrivare, entro il 2027, ad avere sistemi HPC exascale e post-exascale interfacciati con un'infrastruttura quantistica costituita da computer e simulatori quantistici, attraverso una serie di passaggi, che trovate qui.
- Connessione hardware fra supercomputer classici e computer quantistici.
- Utilizzo di computer quantistici come acceleratori per super computer.
- Sviluppo di una piattaforma software per la programmazione di tipo seamless in sistemi ibridi.
- Test e validazione del sistema ibrido nel contesto di applicazioni chiave (la priorità è data a modelli per il clima, nuovi materiali, batterie, simulazioni per nuovi farmaci).
L’iniziativa europea prevede l’attivazione di sei computer quantistici europei integrati in supercomputer HPC. I Paesi selezionati dalla Commissione per ospitarli sono: Italia (Cineca, Bologna), Francia, Germania, Polonia, Repubblica Ceca e Spagna.
L'importanza strategica delle tecnologie quantistiche in Europa
Dalla conferenze sono emersi alcuni messaggi chiave della conferenza, che trovate di seguito.
- Le tecnologie quantistiche rivestono una grande importanza nella strategia di crescita e autonomia tecnologica europea. Numerose sono le iniziative nel breve e medio periodo, importanti i finanziamenti.
- Quando si parla di tecnologie quantistiche, in realtà ci si riferisce a un panorama assai vasto e diversificato. Dalla crittografia quantistica e dalla computazione quantistica, di cui troviamo le prime applicazioni al di fuori dei laboratori, fino ai sensori e ai chip quantistici, per i quali l’orizzonte temporale di sviluppo è più lungo.
- Paesi come Germania, Francia, Italia, Polonia, Spagna, Danimarca e Malta hanno già realizzato e stanno realizzando tutta una serie di progetti, anche cross nazionali. Come del resto è previsto nelle linee guida dell’Unione Europea. In questo ambito, crittografia quantistica, ma anche la futura Quantum Internet, terrestre e satellitare, sono estremamente promettenti.
- Le telco sono presenti in questo panorama, anche se con un ruolo ancora un po’ defilato. Non mancano investimenti e progetti partecipati dai grandi incumbent europei (Tim, Deutsche Telekom, Telefonica), come anche la partecipazione a consorzi di standardizzazione.
- L’interesse del settore spaziale è ben presente, sia attraverso ESA sia Airbus sia con Leonardo, Safran e altri player del settore. Si può dire che, addirittura, comunicazione quantistica terrestre e satellitare vanno di pari passo, come del resto è previsto dall’iniziativa europea EuroQCI.
- La ricerca di base è ancora e sempre fondamentale. Numerosi sono infatti i problemi da risolvere per realizzare praticamente quanto previsto a livello teorico, specie per quanto riguarda dispositivi e materiali, misure, correzione degli errori. Le principali università europee sono in prima linea in questa attività. Per l’Italia si possono almeno ricordare Padova, La Sapienza, i Politecnici di Milano e Torino, Pavia, Firenze. E le università europee lavorano insieme a importanti istituti di ricerca. Dal CERN al nostro CNR, senza dimenticare il Fraunhofer Gesellschaft di Monaco o il CNES francese.
La rivoluzione quantistica, intesa come realizzazione pratica delle premesse teoriche formulate quasi un secolo fa, è dunque appena agli inizi. Ma l’ambito delle sue possibili applicazioni diventa ogni giorno più vasto. La ricerca globale è in grande fermento. L’industria vigila in attesa delle prime concrete applicazioni, mentre l’Europa è ben decisa a giocare un ruolo di primissimo piano.
