Buon anno quantistico!

Se siete nostri fedeli lettori e se l’amnesia digitale non ha ancora danneggiato la vostra memoria, vi ricorderete che uno dei punti fondamentali del Kaspersky Security Bulletin 2015 era quello in cui si prevedeva che la crittografia come disciplina stesse per essere sottomessa all’informatica quantistica, in seguito ai progressi compiuti per rendere quest’ultima reale. Onestamente, penso che questa previsione sia un po’ precoce, soprattutto se viene inserita nella sezione del nostro bollettino intitolata “Previsioni per il 2016“. Le ultime notizie però mi hanno fatto cambiare idea.

Notizie quantistiche

Nel giro di qualche settimana, alla fine di novembre e a dicembre 2016, abbiamo saputo che Microsoft sta assumendo i migliori esperti di informatica quantistica e Intel ha fatto allusioni sulle sue intenzioni di trasformare i chip di silicio in processori quantistici che possono ospitare milioni di qubit (quantum bit, unità di informazione quantistica). Processori del genere possono essere abbastanza utili per costruire, ad esempio un’Intelligenza Artificiale basata su una rete neurale di dispositivi informatici quantistici, il proof-of-concept riportato dai ricercatori dell’Università giapponese Tohoku). All’inizio di gennaio, è giunta la notizia che D-Wawe, probabilmente il pionere dell’informatica quantistica più conosciuto al mondo, stia rendendo open-source il software di informatica quantistica.

Democratizing the weirdness of quantum computers may help push the field forward. https://t.co/MTBYJrPdDz

— WIRED (@WIRED) January 11, 2017

In altre parole, l’informatica quantistica si sta evolvendo più velocemente di quanto ci si aspettasse. Cosa vuol dire tutto questo per noi utenti medi? Vuol dire, ad esempio, che potremo andare in un negozio e acquistare un “qMac” entro la fine dell’anno?

Beh, non esattamente. Ad eccezione di D-Wave, è davvero difficile nominare altre spin-off universitarie che possano arrivare lontano sulla strada accidentata che va dal laboratorio alla commerciali+zzazione. Sono ancora in corso discussioni su quanto il dispositivo di D-Wave possa essere “davvero quantistico”. Non entrerò nei dettagli, e vi lascerò un po’ di tempo per leggere il post del mio collega o per leggere questo interessantissimo articolo (in inglese).

Apparentemente, l’informatica quantistica non è ancora un prodotto, come lo sono diventati i computer negli anni ’80 e ’90 grazie all’impegno di IBM, Apple, Microsoft e tanti altri. La complessità e il prezzo dei dispositivi di informatica quantistica li rende più simili ai mainframe, che hanno iniziato a svilupparsi molto tempo prima, negli anni ’50.

A metà del secolo scorso, l’ostacolo più grande per l’adozione della nuova tecnologia non è stato l’hardware in sé; al contrario, è stata la capacità di poter sfruttare a pieno la versatilità del nuovo paradigma informatico che ha richiesto decenni di ricerca. Ci sono voluti più di tre decenni di sviluppo tecnologico prima che l’industria potesse svelare alla fine degli anni ’70 tutti gli elementi costitutivi necessari per la progressiva affermazione dei personal computer (e altri tre decenni affinché i PC diventassero la base della civiltà moderna).

La rivoluzione quantistica è vicina

La storia non si ripete, ma a volte fa rima. Sebbene sia un passo importante per ampliare la comunità degli appassionati di informatica quantistica, l’apertura di D’Wave del qbsolve alla comunità degli sviluppatori non è affatto come l’affermazione dell’architettura Intel x86 o della piattaforma informatica IBM. In effetti avrebbe potuto far rima con le opere principali di Alan Turing degli anni ’30, che definivano le basi dell'”apprendimento automatico” (se non fosse arrivata otto mesi dopo l’annuncio dell’IBM della sua esperienza quantistica che, secondo il mio modesto parere, spiega meglio che cos’è l’informatica quantistica e come può essere utilizzata in maniera pratica).

Devo confessarlo, ero così affascinato dall’IBM che adesso sto pensando di richiedere un accesso di prova al loro processore quantistico per vedere se con esso è possibile rompere un hash più velocemente rispetto ad un comune CPU o GPU di sistema. Ad accrescere la mia ammirazione nei loro confronti c’è il fatto che l’IBM è un’azienda che sarà testimone del secondo maggiore cambiamento di paradigma informatico della sua vita. Ciò nonostante, date le differenze nelle risorse disponibili, effettuare l’open-source del software è il modo giusto con cui D-Wake può intensificare la concorrenza in questo mercato.

Come abbiamo visto dalle testate giornalistiche, Intel non ha intenzione di perdersi la rivoluzione quantistica, così come non vuole farlo nemmeno Microsoft. Quei vecchi amici degli anni ’80 hanno alle spalle una lunga storia di cooperazione con i ricercatori, esplorando la superconduttività di spin qubit. Sono disponibili i dettagli sui progetti di Intel, ma se l’azienda riesce ad aggiungere i qubit spin ai già esistenti chip di silicio, si cambieranno le carte in tavola in termini di densità di qubit.

Ad ogni modo, sembra che i chip quantistici di Intel, così come quelli di D-Wave, debbano ancora raffreddarsi alla temperatura dell’elio liquido (-452°F o meno). Questo vuol dire che la CPU di uno smartphone potrebbe dover essere collocata in una struttura delle dimensione di un mainframe. In altre parole, la potenza di calcolo quantistico non è pensata ancora per l’uso personale.

Quantistico vuol dire “molto più veloce”

Il modo più semplice per spiegare come cambia la potenza di calcolo è attraverso un’analogia con il calcolo parallelo. Gli stati di un qubit derivano dalla sovrapposizione di “0” e “1” convenzionali, il cui ammontare si limita solo al potere di risoluzione del sistema, quindi per certi versi è giusto dire che le informazioni conservate in qubit vengono processate contemporaneamente. Questo vuol dire che un’unità di elaborazione quantistica sarà qualche ordine di grandezza più potente rispetto alla CPU tradizionale.

L’analogia non è perfetta, dal momento che le operazioni di calcolo quantistiche non sono esattamente le stesse delle operazioni basilari utilizzate in algebra digitale, ma sembra che gli esperti di calcolo quantistico avranno bisogno di un po’ di tempo per sfruttare al meglio il nuovo paradigma informatico, così come ci sono voluti decenni per quello digitale.

Ad ogni modo, la domanda principale è: cosa dovremmo fare con questa enorme potenza di calcolo? Sembra che non abbiamo bisogno di tutti i flop nascosti nei dispositivi odierni per realizzare le attività più comuni degli utenti, nonostante l’impegno che gli sviluppatori hanno messo per rendere le loro app le più multimediali possibili.

Beh, pensiamoci di nuovo. Avete mai letto un messaggio inviato dalla vostra app di messaggistica preferita che vi avvisa del fatto che adesso tutte le conversazioni saranno criptate? O forse avete sentito parlato di cryptovaluta (i bitcoin sono i più conosciuti) o di tecnologia blockchain? Sì, sto parlando della crittografia e delle tecnologie che si basano su questa.

Dal momento che il 2016 ha avuto livelli record in termini di quantità di fughe di notizie, la crittografia sta diventando una necessità, non solo nel settore aziendale, dove viene applicata con ancora più forza, ma anche per i consumatori.  La crittografia e la decodifica consumano tanta potenza di calcolo e la stessa cosa vale per il processo di estrazione dei bitcoin. Altre applicazioni della tecnologia di blockchain possono eseguire funzioni di crittografia su nodi specializzati con una maggiore potenza di calcolo disponibile. Infatti, l’estrazione dei bitcoin è quasi inefficace sui PC (ecco perché sono state costruite aziende di estrazione specializzate). Ma iniziative del genere, come la costruzione di un Internet delle Cose più sicuro sulla blockchain, mi portano alla conclusione che la crittografia sarà onnipresente.

Crittografia post-quantistica

E indovinate un po’? I computer quantistici saranno particolarmente adatti per compiti come la crittografia.

L’informatica quantistica può portare questo nuovo mondo emergente alla salvezza o alla rovina. Come abbiamo detto nel nostro Security Bulletin nel 2015, la crittografia attuale porterà sicuramente alla rovina. La tesi che “la crittografia è uno dei pochi settori in cui il conflitto continua a favorire nettamente la difesa” sarà fortemente contestata (per non dire altro) fino a quando non saranno introdotti efficienti algoritmi di crittografia post-quantistica.

Do you know what #quantum #cryptography is? Find out over at Kaspersky Daily! http://t.co/y7JJ4bieTW

— Kaspersky (@kaspersky) October 7, 2013

Questi potrebbero richiedere molta più potenza di calcolo rispetto a quella che i computer convenzionali possono produrre. Ma per la nostra salvezza, anche la miniaturizzazione e la commercializzazione dei computer quantistici sono imminenti; questo vuol dire che sarà disponibile ancora più potenza di calcolo per difenderci dagli attacchi. E il gioco infinito di attaccanti vs difensori continuerà su un nuovo livello.

Tralasciando il nostro discorso sulla sicurezza delle informazioni, speriamo ancora che i progressi nel settore dell’informatica quantistica potenzino ancora di più la realtà aumentata, la realtà virtuale, l’intelligenza artificiale e altre applicazioni alla ricerca di risorse.

In sintesi: i computer quantistici sembrano essere molto vicini alla realtà. Non è ancora possibile toccarne uno ma è bello vedere che esistono piattaforme informatiche per i computer quantistici che potete controllare da soli con IBM o D-Wave. Controllarli richiede un certo livello di padronanza informatica, quindi la maggior parte della gente deve ancora aspettare. Ma con altri grandi nomi come Intel, IBM, Google e Microsoft che investono denaro, sembra che sia inevitabile vedere almeno qualche risultato concreto.

Girano anche voci sul fatto che Google possa fare un importante passo avanti entro la fine del 2017, quindi non dovremo aspettare a lungo…