Dalam beberapa tahun terakhir istilah Quantum Computing itu semakin banyak digunakan juga di luar laboratorium penelitian, melibatkan semakin banyak tokoh yang terspesialisasi dalam perlombaan untuk supremasi kuantum dan, pada kenyataannya, menjadi salah satu aset strategis dalam visi masa depan investor besar dan negara bagian.
Pencarian terus menerus untuk personel yang berkualifikasi tinggi adalah salah satu sensor dari tren ini, seperti tingkat tahunan majemuk (CAGR) yang diperkirakan akan meningkat sebesar 56% pada periode 2020-2030 mencapai hampir 65 miliar dolar pada tahun 2030 [1] ,
Apa dasar dari teknologi baru yang membuat sektor ini menarik? Apa batasan saat ini? Mengapa begitu banyak negara mempersiapkan rencana strategis khusus? Bagaimana situasi di Italia?
Potensi perhitungan - Algoritma Grover
Pada dasar perhitungan kuantum adalah qubit (o bit kuantum). Ini berasal dari definisi fisika yang sama sekali berbeda dari bagaimana hal itu dirasakan dalam kehidupan sehari-hari: Sebagai contoh, jika dalam elektronik klasik kita dapat meningkatkan volume radio secara progresif, dalam kuantum kita hanya dapat "langkah demi langkah" untuk berapa banyak didefinisikan dengan baik tergantung pada sistem fisik di studio.
Keuntungan utama dari qubit pada yang klasik sedikit (0 atau 1) adalah bahwa ia dapat berada di kedua keadaan pada saat yang sama (prinsip superposisi) dan dapat mengasumsikan semua keadaan awal pada saat yang sama, sehingga mengurangi waktu perhitungan berdasarkan mekanika kuantum. Secara khusus,Algoritma Grover itu memungkinkan untuk menemukan keadaan tertentu dalam sistem elemen N dengan sejumlah operasi yang sama dengan akar kuadrat dari N, sementara algoritma tradisional akan menggunakan operasi N / 2.
Ini adalah "ancaman" besar dari komputasi kuantum: Jika selama ini jumlah elemen telah ditambah sehingga semakin sulit untuk mendekripsi pesan, maka Quantum Computing hampir nol kali dekripsi dengan kekerasan sederhana.
Di sisi lain, properti kuantum kedua dari qubit, L 'belitan membuat transmisi pesan aman secara intrinsik di tingkat kuantum: Seorang penyusup yang juga hanya ingin membaca pesan tanpa mengubahnya, secara permanen meluruhkan status kuantum pesan dan membuatnya tidak dapat digunakan baik untuk dirinya sendiri maupun untuk penerima (yang karenanya tahu tentang kemungkinan akses). [2], [3]
Operasi aktif sedikit dan seterusnya qubit mereka bertujuan untuk mendapatkan perhitungan, transmisi atau penyimpanan data. Jika ini cukup mudah dengan bertindak dengan sedikit, lebih kompleks dengan i qubit. Tetapi pada kerumitan ini ditambahkan faktor lain: durasi qubit dalam keadaannya untuk jangka waktu yang sesuai dengan pelaksanaan perhitungan atau sehubungan dengan jarak antara pemancar dan penerima. Stabilitas ini disebut "konsistensi".
Saat ini batas-batas fisik terutama berkaitan dengan pemeliharaan keadaan qubit dalam jangka panjang mereka membutuhkan kegiatan penelitian dasar untuk studi fenomenologi dan pada saat yang sama penelitian industri untuk menemukan solusi yang semakin dapat diterapkan pada dunia makroskopik tempat kita hidup.
Oleh karena itu jelas alasan terburu-buru untuk Supremasi kuantum, didefinisikan dalam kata-kata fisikawan John Preskill pada 2012: Saya mengusulkan istilah "supremasi kuantum" untuk menggambarkan saat ketika komputer kuantum akan melakukan hal-hal yang komputer klasik tidak akan pernah bisa ulangi, terlepas dari kegunaan operasinya..
Sampai saat ini ditafsirkan oleh berbagai pusat penelitian sebagai kemampuan untuk melakukan perhitungan yang lebih kompleks daripada yang sebelumnya dalam istilah kuantum, meskipun dapat dipecahkan dengan komputer klasik.
Terburu-buru nyata untuk Supremasi kuantum itu sebenarnya dimulai ketika komputer kuantum mampu melakukan perhitungan yang komputer klasik akan mengambil waktu yang tidak dapat diterima (beberapa abad dikurangi menjadi beberapa detik).
Siapa yang berlari di Perlombaan Supremasi Kuantum?
Hampir semua negara bagian dengan teknologi canggih dan basis kuat fisika kuantum dan nuklir berpartisipasi dalam perlombaan ini dan banyak yang memasukkan sektor ini ke dalam rencana strategis jangka pendek-menengah dengan 2030 sebagai referensi.
Terutama pengembangan Komputer Kuantum didasarkan pada dua teknologi manajemen: qubit: "Perangkap ion" dan "Manajemen foton".
Berikut adalah tiga tahun terakhir kompetisi:
Pada tahun 2019, Google mengklaim telah mencapai tujuan ini berkat miliknya sendiri Komputer Quantum Sycamore (dengan 54 qubit) mampu memecahkan dalam 3 menit perhitungan yang akan dipecahkan oleh superkomputer klasik dalam 10.000 tahun.
Pada tahun 2020, Universitas Sains dan Teknologi China (USTC) mengumumkan bahwa mereka telah mencapai supremasi dengan komputer kuantum berbasis foton yang disebut Jiuzhang (76 qubit). Dengan sistem ini, USTC mengklaim telah mampu memecahkan dalam 200 detik sebuah perhitungan yang akan menempati superkomputer terbaik di dunia selama beberapa miliar tahun.
Pada tahun 2021 (24 September), China dengan USTC mengumumkan bahwa mereka masih memimpin permainan berkat prosesor Zuchongzhi (66 Qubit) yang dinyatakan 100 hingga 1000 kali lebih kuat daripada Sycamore.
Dukungan dari masing-masing negara atau dana transnasional, di sisi lain, sangat penting untuk dapat bersaing atau setidaknya tidak ketinggalan dengan teknologi baru ini. Banyak negara atau inisiatif bersama telah diluncurkan dan beberapa berada pada tahap lanjut dalam hal aplikasi, penelitian dan evangelisasi dengan banyak orang. memulai e pengadopsi awal.
Tidak diragukan lagi, di luar pernyataan politik atau kontekstual, ukuran seberapa banyak yang dilakukan suatu negara untuk teknologi kuantum itu adalah investasi yang dibuat dan dana yang disediakan untuk mengembangkan teknologi ini. Berdasarkan Harian Kuantum tertanggal 29/04/2021 [4], situasinya terangkum dalam tabel.
Nilai dana dan inisiatif dukungan negara menjadi indikator seberapa strategis sektor baru ini dan upaya yang dilakukan berbagai negara untuk mendukung penelitian dan industri.
Mari kita lihat inisiatif umum Eropa dan oleh karena itu dukungan yang dapat ditawarkan Italia.
Program Eropa pertama yang didedikasikan untuk QC adalah Program Unggulan Teknologi Quantum [5]. Inisiatif, yang dimulai pada 2018, memperkirakan dukungan dalam 10 tahun untuk sekitar 1000 M €.
Sampai saat ini, 24 proyek telah dibiayai dengan total € 152 juta.
Inisiatif berbasis dana lainnya cakrawala2020 dan sebagai gantinya kuantera [6], di mana panggilan untuk sekitar € 40 juta saat ini dipertimbangkan.
Italia?
Jadi Uni Eropa juga mencoba melakukan bagiannya. Tapi bagaimana Italia berpartisipasi?
Tentunya dengan peneliti terbaik mereka dipekerjakan dengan gaji yang sesuai dengan keahlian khusus mereka di laboratorium paling bergengsi di seluruh Eropa.
Tetapi berapa banyak yang dilakukan negara kita dalam hal proyek dan kemampuan untuk menarik sebagian dari dana yang dijelaskan dalam inisiatif UE? Mari kita lihat situasi hari ini.
Di 2019 Panggilan kuantera itu dibiayai 12 proyek dengan total 12,5 M € dan Italia menerima 1,27 M € dengan berpartisipasi dalam 8 proyek internasional yang dari dua bertindak sebagai Koordinator. Pembiayaan keseluruhan menerima tempat itu di tempat ketiga setelah Prancis (€ 2,2 juta) dan Jerman (€ 1,9 juta).
Panggilan baru kuantera saat ini terbuka untuk tahun 2021.
relatif terhadap Program Unggulan Teknologi Quantum, Italia berpartisipasi melalui CNR yang mengoordinasikan kegiatan nasional [7] dan juga mendukung proyek lainnya cakrawala2020.
Dari apa yang muncul, Italia memiliki potensi untuk bersaing bersama dengan mitra Eropa yang sah dalam perlombaan untuk aplikasi Teknologi Quantum (juga mengingat fakta bahwa perusahaan berteknologi tinggi memiliki kantor R&D dan produksi lokal dan akibatnya juga diharapkan oleh Quantum Supremasi). Hal ini ditegaskan dengan visi strategis yang digarisbawahi oleh NRP (Rencana Riset Nasional) 2021-2027. Italia, misalnya, memiliki infrastruktur serat optik yang mampu mendukung komunikasi kuantum. Sebenarnya,Tulang Punggung Kuantum Italia (IQB) seperti jalan raya serat optik sepanjang 1.850 km (hari ini unik di Eropa), oleh karena itu, ia dapat secara aktif berkontribusi pada pengembangan dan memungkinkan pengujian untuk komunikasi kuantum yang aman. Negara kita, sejauh menyangkut sensor, bisa sangat kompetitif di pasar yang berkembang pesat (dalam PNR yang sama disebutkan bahwa "Pasar sensor global bernilai lebih dari 200 miliar euro, dengan perkiraan pertumbuhan tahunan 10% untuk 5 tahun ke depan". Angka yang benar-benar mengesankan dan terus berkembang; namun, ada masalah koordinasi dan agregasi sumber daya yang semakin nyata.
Sebagaimana disoroti oleh Prof. Cataliotti, direktur Institut Optik Nasional di Pusat Penelitian Nasional (CNR), dan oleh Prof. Calarco, direktur Institut Peter Grünberg, di Jülich di Jerman, dalam artikel terbaru yang diterbitkan di Nature [8 ], Italia membutuhkan upaya politik dan melibatkan UKM dan industri besar untuk benar-benar berpartisipasi dalam pengembangan teknologi ini. Tindakan yang PNRR juga baru-baru ini coba pulihkan dengan mendistribusikan total dana € 1600 juta antara 9 pusat keunggulan masa depan dan agregasi universitas-pusat penelitian-industri dan di mana Pusat Nasional untuk teknologi kuantum dan bahan-bahan canggih disertakan. , photonics dan optoelectronics (jelas itu masih menjadi ...).
Presentasi lengkap tentang potensi yang dapat diterapkan Italia di sektor kriptografi bekerja sama dengan entitas Eropa lainnya adalah proyek Quantum-Secure Net, dijelaskan dalam [9], [10], [11]
Harapannya adalah bahwa akhirnya ada titik agregasi semua-Italia yang nyata untuk Teknologi Kuantum dengan pengembalian baik secara ilmiah dan aplikatif yang mengkonfirmasi proyeksi PDB, dampak lapangan kerja dan penguatan infrastruktur yang diharapkan PNRR.
Bibliografi
[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...
[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...
