Il quantum computing è una tecnologia estremamente complessa. Tanto che non si riesce ancora a stabilire un orizzonte temporale che permetta di scorgerne la piena maturità. Eppure, ci sono molte ragioni per cui le telco dovrebbero interessarsi a questo ambito. Con l’infinità di sfide da affrontare per il settore, potrebbe sembrare che il calcolo quantistico e le tecnologie correlate vengano relegate in fondo a una lunghissima lista di cose da fare, ma la gara è iniziata, e ci sono già operatori stanno già valutando sia i potenziali benefici sia i rischi emergenti legati allo sviluppo del quantum.
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Quantum computing: l’impatto sul settore delle Tlc
Gli analisti sono concordi nel dire che i computer quantistici, sebbene non siano ancora disponibili, risulteranno particolarmente efficaci nella risoluzione di diversi problemi di ottimizzazione della rete e di routing. “In particolare il routing fisico, che alcune tecnologie potrebbero rivelarsi molto adatte a risolvere”, ha spiegato, parlando con il portale Light Reading, Scott Buchholz, responsabile globale per il calcolo quantistico presso Deloitte.
E non a caso c’è già chi sta muovendo i primi passi in questa direzione. D-Wave, una delle aziende che sviluppa computer quantistici, ha collaborato con l’operatore giapponese Ntt Docomo per ridurre la congestione delle celle. Grazie alle soluzioni di calcolo quantistico di D-Wave, Docomo è riuscita a ridurre del 15% i segnali di paging durante le ore di punta delle chiamate, consentendo a un maggior numero di dispositivi di connettersi, secondo quanto affermato dalle due aziende.
Anche Deutsche Telekom si è ispirata al calcolo quantistico, questa volta per ottimizzare la configurazione delle sue antenne. Maximilian Walz, vicepresidente per la tecnologia e l’incubazione di una controllata del gruppo, T-Systems, ha affermato che l’azienda ha studiato “come configurare queste antenne in modo che tutti gli utenti un’ottima ricezione”, riducendo il tempo necessario per eseguire i calcoli da sei ore su Aws a pochi minuti.
Va comunque ribadito che non è stato coinvolto alcun computer quantistico. L’azienda ha invece utilizzato un approccio chiamato “quantum-inspired computing”. Questo approccio, ha precisato Buchholz, consiste nell’affrontare un problema nel modo in cui verrebbe gestito con un computer quantistico, applicando la logica quantum a Cpu o Gpu. “Questi algoritmi potrebbero rappresentare nuovi modi di fare machine learning”, ha detto lo specialista, aggiungendo che “hanno un’accuratezza e un potere predittivo particolarmente elevati per determinati scopi”.
Gli sforzi per aumentare la data protection
C’è poi il tema della sicurezza. Una volta raggiunto un certo livello di maturità, si prevede che i computer quantistici saranno in grado di violare gli algoritmi di crittografia oggi comunemente utilizzati, creando la necessità di rafforzare le misure di sicurezza.
Certo, potrebbe volerci del tempo prima che qualcuno ottenga un computer quantistico in grado di decifrare dati sensibili, anche quando la tecnologia sarà sufficientemente matura da poter essere utilizzata per altri scopi. Ma molte compagnie telefoniche hanno già iniziato a lavorare su diversi metodi per la protezione dei dati. Nel corso del Mobile World Congress di quest’anno, Antonio Guzmán, direttore di Telefónica Innovación Digital, ha spiegato che “qualsiasi azienda di telecomunicazioni deve avere una strategia in termini quantistici perché il primo settore a essere interessato da questo tipo di tecnologia è proprio la comunicazione”.
Bt, Deusche Telekom, Orange e Telefónica stanno esplorando la tecnologia di distribuzione di chiavi quantistiche. In particolare, l’operatore tedesco è stato scelto per guidare un progetto europeo chiamato Petrus, che mira a creare una rete estesa per la sperimentazione.
Verso una nuova rete quantistica
Oltre alle reti quantistiche sicure, potrebbe anche esserci la necessità di collegare tra loro i computer quantistici, il che presenterà ulteriori nuove sfide. Il trasferimento di informazioni quantistiche è più complicato del trasferimento di bit tradizionali e richiede una maggiore precisione, soprattutto quando si tratta di calcoli più complessi, ha spiegato Buchholz.
Le compagnie telefoniche stanno valutando il coinvolgimento anche in altri settori della tecnologia quantistica. BT sta per esempio esaminando il campo del rilevamento quantistico, avendo partecipato al progetto iqClock per lo sviluppo di un orologio quantistico. Questa tecnologia potrebbe essere utilizzata per migliorare la sincronizzazione di rete, per la navigazione senza Gps e per altri scopi. L’operatore britannico ha anche precedentemente sperimentato la tecnologia delle antenne quantistiche, che a suo dire potrebbe avere il potenziale per migliorare le reti 5G e IoT.
Nel frattempo, la già citata T-Systems offre già accesso a diversi tipi di computer quantistici tramite cloud. In futuro, altre compagnie telefoniche potrebbero avventurarsi in questa direzione.
L’Europa è già protagonista della quantum economy
C’è da dire che, in questo panorama in evoluzione, l’Europa sta emergendo come attore chiave. Secondo un rapporto di Infinity, il Vecchio continente costituisce nel complesso un attore significativo nel settore. Delle 100 startup, scaleup e pmi quantistiche che operano nel comparto delle telecomunicazioni, ben il 32% ha sede nell’Europa continentale. Germania, Paesi Bassi, Francia, Svizzera e Spagna sono hub di riferimento, mentre Regno Unito e Irlanda contribuiscono con un ulteriore 14%. Questa presenza europea sottolinea l’impegno della regione nell’integrare la tecnologia quantistica nelle applicazioni commerciali.
I progressi dell’Europa nella tecnologia quantistica sono già tangibili. Il continente vanta oltre 25 reti quantistiche in diverse fasi di implementazione. Tra i progetti degni di nota figurano una rete quantistica commerciale a Londra e una collaborazione tra BT e Toshiba Europe, che hanno svelato i piani per sviluppare e testare la prima rete metropolitana al mondo con sicurezza quantistica disponibile in commercio. Il network collegherà le aree dei Docklands di Londra, la City e il corridoio M4, offrendo servizi dati protetti da Quantum Key Distribution e Post-Quantum Cryptography.
La Commissione europea ha poi dato il via libera a un importante progresso nella comunicazione digitale sicura con il lancio di un altro progetto guidato da Deutsche Telekom. L’iniziativa, nota come “Nostradamus“, realizzerà un’infrastruttura di test per la distribuzione di chiavi quantistiche per valutare i dispositivi di produzione europea. Tra i partner figurano Thales, l’Ait (Istituto Austriaco di Tecnologia) e diversi esperti del settore e del mondo accademico.
Le tecniche di calcolo che si affermeranno nelle telco: l’analisi di Ericsson
Ma quali saranno le tecniche di calcolo quantistico più probabilmente utilizzate nelle reti di telecomunicazione? Secondo Ericsson, che ha dedicato un paper al tema, si tratta di algoritmi quantistici variazionali e ricottura quantistica, apprendimento automatico quantistico e algoritmi ispirati alla quantistica.
Gli algoritmi quantistici variazionali e la ricottura quantistica sfruttano le capacità dei dispositivi per affrontare complesse sfide di ottimizzazione e classificazione. Gli algoritmi quantistici variazionali regolano iterativamente i parametri nei circuiti quantistici per risolvere problemi di ottimizzazione, mentre il ricottura quantistica si basa sull’effetto tunnel quantistico e sulle fluttuazioni termiche per trovare soluzioni ottimali. Entrambi gli approcci possono affrontare complesse attività di ottimizzazione nelle telecomunicazioni, come la minimizzazione del rapporto di potenza picco-media nelle reti wireless e la simulazione degli effetti quantistici nelle tecnologie dei transistor sub-10 nm.
Il machine learning quantistico mira a migliorare i processi di apprendimento come la classificazione e il riconoscimento di pattern, impiegando tecniche come le reti neurali quantistiche e le macchine a vettori di supporto quantistici. Quando un determinato compito di apprendimento automatico (ad esempio, la classificazione) viene eseguito nel dominio quantistico, ogni punto dati viene codificato in uno stato quantistico tramite un metodo di codifica di stato appropriato. Lo stato quantistico evolve con l’apposito circuito quantistico parametrizzato e i qubit vengono quindi misurati per predire le etichette di classe dopo il post-processing classico.
Gli algoritmi ispirati alla quantistica si concentrano sullo sfruttamento di un sottoinsieme di fenomeni quantistici che è efficientemente eseguibile su computer classici per risolvere compiti di ottimizzazione e apprendimento automatico.
Un approccio ibrido per sfruttare le potenzialità delle architetture multi-chip
Per consentire l’esecuzione di algoritmi quantistici in grado di soddisfare le esigenze delle telco, Ericsson propone l’implementazione di computer quantistici come coprocessori in modalità cloud-native. Ogni computer quantistico potrebbe comprendere Qpu multichip, in cui le informazioni fluiscono tra loro tramite un canale di comunicazione quantistico, offrendo così una migliore fedeltà computazionale rispetto ai processori quantistici a chip singolo.
Attraverso una valutazione approfondita dei casi d’uso provenienti da diverse parti della rete di telecomunicazioni, la società ha accertato che i computer quantistici a breve termine potrebbero fornire un grado limitato di vantaggio computazionale. Ericsson propone dunque un approccio ibrido, che prevede l’utilizzo di processori classici e quantistici in modo collaborativo, come possibile soluzione per sprigionare più rapidamente il potenziale della tecnologia.
