En los últimos años el término Computación cuántica se utiliza cada vez más también fuera de los laboratorios de investigación, involucrando a figuras cada vez más especializadas en la carrera por la supremacía cuántica y convirtiéndose, de hecho, en uno de los activos estratégicos en las visiones futuras de los grandes inversores y estados.
La búsqueda continua de personal altamente calificado es uno de los sensores de esta tendencia, al igual que la tasa anual compuesta (CAGR) que se espera que aumente en un 56% en el período 2020-2030 para llegar a casi 65 mil millones de dólares en 2030 [1] ,
¿Cuál es la base de esta nueva tecnología que hace atractivo al sector? ¿Cuáles son los límites actuales? ¿Por qué tantas naciones preparan planes estratégicos específicos? ¿Cuál es la situación en Italia?
Potencial de cálculo - Algoritmo de Grover
En la base de la computación cuántica está el quit (o bit cuántico). Deriva de la definición de una física completamente diferente a cómo se percibe en la vida cotidiana: Por poner un ejemplo, si en la electrónica clásica podemos aumentar el volumen de la radio progresivamente, en la cuántica solo podemos "paso a paso" por cuántos bien definidos dependiendo del sistema físico en el estudio.
La principal ventaja del quit en el clásico poco (0 o 1) es que puede estar en ambos estados al mismo tiempo (principio de superposición) y puede asumir todos los estados iniciales al mismo tiempo, reduciendo así los tiempos de cálculo basados en la mecánica cuántica. En particular, elAlgoritmo de Grover permite encontrar un estado particular en un sistema de N elementos con un número de operaciones igual a la raíz cuadrada de N, mientras que un algoritmo tradicional emplearía N / 2 operaciones.
Esta es la gran "amenaza" de la computación cuántica: Si hasta ahora se ha aumentado el número de elementos para hacer cada vez más difícil descifrar un mensaje, el Computación cuántica tiempos de descifrado prácticamente nulos por simple fuerza bruta.
Por otro lado, la segunda propiedad cuántica del quit, laenredo hace que la transmisión de mensajes sea intrínsecamente segura a nivel cuántico: un intruso que también simplemente quiere leer el mensaje sin alterarlo, deteriora irreversiblemente el estado cuántico del mensaje y lo vuelve inutilizable tanto para él como para el receptor (que, por lo tanto, sabe sobre el probable acceso). [2], [3]
Operaciones en poco y quit tienen como objetivo obtener un cálculo, transmisión o almacenamiento de datos. Si esto es bastante fácil actuando con el poco, es más complejo con i quit. Pero a esta complejidad se suma otro factor: la duración de la quit en su estado durante un período adecuado a la ejecución del cálculo o con respecto a la distancia entre transmisor y receptor. Esta estabilidad se llama "consistencia".
En la actualidad los límites físicos relacionados principalmente con el mantenimiento del estado de la quit a largo plazo requieren actividades de investigación básica para el estudio de la fenomenología y al mismo tiempo investigación industrial para encontrar soluciones cada vez más aplicables al mundo macroscópico en el que vivimos.
Por tanto, está claro el motivo de la prisa por Supremacía cuántica, definido en palabras del físico John Preskill en 2012: Propuse el término "supremacía cuántica" para describir el momento en que las computadoras cuánticas harían cosas que las computadoras clásicas nunca podrán repetir, independientemente de la utilidad de la operación..
Hasta la fecha es interpretado por diversos centros de investigación como la capacidad de realizar cálculos más complejos que los anteriores en términos cuánticos, aunque solucionables con ordenadores clásicos.
La verdadera prisa por Supremacía cuántica en realidad comenzó cuando la computadora cuántica pudo realizar cálculos para los cuales la computadora clásica habría tomado un tiempo inaceptable (varios siglos reducidos a unos pocos segundos).
¿Quién corre en el Carrera de supremacía cuántica?
Casi todos los estados con tecnología avanzada y bases sólidas de física cuántica y nuclear están participando en esta carrera y muchos han incluido este sector entre los planes estratégicos de corto-mediano plazo con 2030 como referencia.
Principalmente el desarrollo de la Computadora cuántica se basa en dos tecnologías de gestión de quit: "Trampa de iones" y "Gestión de fotones".
A continuación se muestran los últimos tres años de la competencia:
En 2019, Google afirmó haber logrado este objetivo gracias a sus propios Sicomoro Computadora Cuántica (con 54 qubits) capaz de resolver en 3 minutos un cálculo que una supercomputadora clásica resolvería en 10.000 años.
En 2020, la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) anunció que había alcanzado la supremacía con la computadora cuántica basada en fotones llamada Jiuzhang (76 qubits). Con este sistema, la USTC afirmó haber podido resolver en 200 segundos un cálculo que habría ocupado la mejor supercomputadora del mundo durante unos pocos miles de millones de años.
En 2021 (24 de septiembre), China con la USTC anunció que sigue liderando el juego gracias al procesador Zuchongzhi (66 Qubit) que se declara entre 100 y 1000 veces más potente que Sicomoro.
El apoyo de naciones individuales o fondos transnacionales es, por otro lado, fundamental para poder competir o al menos no quedarse atrás con esta nueva tecnología. Se han lanzado muchas naciones o iniciativas conjuntas y algunas se encuentran en una etapa avanzada en términos de aplicaciones, investigación y evangelización con muchos startup e los primeros en adoptar.
Sin duda, más allá de las declaraciones políticas o contextuales, un indicador de cuánto está haciendo una nación determinada por tecnología cuántica es la inversión realizada y los fondos puestos a disposición para desarrollar esta tecnología. Basado en el Quantum diario de fecha 29/04/2021 [4], la situación se resume en el cuadro.
Los valores de los fondos y las iniciativas de apoyo estatal son un indicador de cuán estratégico es este nuevo sector y los esfuerzos que están haciendo varias naciones para apoyar la investigación y la industria.
Veamos las iniciativas europeas comunes y, por tanto, el apoyo que puede ofrecer Italia.
El primer programa europeo dedicado al control de calidad es el Programa insignia de tecnología cuántica [5]. La iniciativa, que comenzó en 2018, prevé un apoyo en 10 años por unos 1000 M €.
Hasta la fecha, se han financiado 24 proyectos por un total de 152 millones de euros.
Otra iniciativa basada en fondos Horizon2020 es en cambio quantera [6], donde actualmente se prevén solicitudes de aproximadamente 40 millones de euros.
¿Italia?
Por tanto, la Unión Europea también está intentando hacer su parte. Pero, ¿cómo participa Italia?
Seguramente con sus mejores investigadores contratados con salarios adecuados a sus competencias específicas en los laboratorios más prestigiosos de Europa..
Pero, ¿cuánto está haciendo nuestro país en términos de proyectos y capacidad para atraer parte de los fondos descritos en las iniciativas de la UE? Veamos la situación de hoy.
En 2019 la Convocatoria quantera financió 12 proyectos por un total de 12,5 M € y de estos Italia recibió 1,27 M € participando en 8 proyectos internacionales de los cuales de dos actuó como Coordinador. La financiación global recibida le sitúa en el tercer lugar después de Francia (2,2 millones de euros) y Alemania (1,9 millones de euros).
Una nueva llamada quantera está abierto actualmente para 2021.
Relativo a Programa insignia de tecnología cuántica, Italia participa a través del CNR que coordina las actividades nacionales [7] y también apoya otros proyectos Horizon2020.
De lo que surge, Italia tiene el potencial para competir junto con socios europeos válidos en la carrera por las aplicaciones de la tecnología cuántica (también considerando el hecho de que las empresas altamente tecnológicas tienen oficinas locales de I + D y producción y, en consecuencia, también se espera que Quantum Supremacía). Así lo confirma la visión estratégica que ha destacado el NRP (Plan Nacional de Investigación) 2021-2027. Italia tiene, por ejemplo, una infraestructura de fibra óptica capaz de soportar la comunicación cuántica. De hecho, elEspina dorsal cuántica italiana (IQB) es como una carretera de fibra óptica de 1.850 km de longitud (hoy única en Europa), por lo que puede contribuir activamente al desarrollo y hacer posibles pruebas para una comunicación cuántica segura. Nuestro país, en lo que a sensores se refiere, puede ser sumamente competitivo en un mercado de rápido crecimiento (en el mismo PNR se menciona que "El mercado global de sensores tiene un valor de más de 200 millones de euros, con un crecimiento anual estimado del 10% para los próximos 5 años". Números realmente impresionantes y en constante evolución; sin embargo, hay problemas cada vez más evidentes de coordinación y agregación de recursos.
Como destaca el profesor Cataliotti, director del Instituto Nacional de Óptica del Centro Nacional de Investigaciones (CNR), y el profesor Calarco, director del Instituto Peter Grünberg, en Jülich, Alemania, en el reciente artículo publicado en Nature [8 ], Italia necesita un esfuerzo político y la participación de las PYME y las grandes industrias para participar realmente en el desarrollo de esta tecnología. Acción que el PNRR también está intentando recuperar recientemente distribuyendo una financiación total de 1600 millones de euros entre los 9 futuros centros de excelencia y agregación de universidades-centros de investigación-industrias y donde se incluye el Centro Nacional de tecnologías cuánticas y materiales avanzados., fotónica y optoelectrónica (obviamente todavía es un devenir…).
Una presentación exhaustiva del potencial que Italia puede poner en marcha en el sector de la criptografía en colaboración con otras entidades europeas es el proyecto Quantum-Secure Net, descrito en [9], [10], [11]
La esperanza es que finalmente haya un verdadero punto de agregación totalmente italiano para el Tecnología cuántica con un retorno tanto científico como aplicativo que confirme las proyecciones del PIB, el impacto en el empleo y el fortalecimiento infraestructural que espera el PNRR.
Bibliografía
[ 1 ] https://finance.yahoo.com/news/worldwide-quantum-computing-market-2019-094356068.html
[ 4 ] https://thequantumdaily.com/2021/04/29/15-countries-with-national-quantum-initiatives/
[ 5 ] https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/policies/quantum-technologies-f...
[ 6 ] https://quantera.eu/
[ 7 ] http://www.qtflagship.cnr.it/
[ 8 ] https://www.nature.com/articles/d43978-021-00041-6
[ 9 ] https://www.difesaonline.it/evidenza/cyber/il-progetto-quantum-secure-ne...
[ 10 ] https://www.difesaonline.it/evidenza/cyber/il-progetto-quantum-secure-ne...
[ 11 ] https://www.difesaonline.it/evidenza/cyber/il-progetto-quantum-secure-ne...
