Founders Fund, Andreessen-Horowitz, Data Collective, Sequoia Capital, Vy Capital, Lux Capital, GV, sono i nomi di alcuni dei più importanti fondi d’investimento VC al mondo che si stanno distinguendo anche per l’attenzione verso le tecnologie di quantum computing. Perchè?
Una breve introduzione. Il quantum computing è una delle tecnologie più difficili da capire, poiché richiede un approccio alla fisica differente da quello classico, opposto quasi a quello cui siamo stati abituati fino a oggi, per lo meno noi comuni mortali; gli addetti ai lavori, (ricercatori, fisici) studiano e si confrontano da diversi decenni, l’argomento è decisamente complesso, seppure non privo di fascino, anche perché è controintuitivo rispetto a quanto sperimentiamo nella nostra vita quotidiana.
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Cos’è dunque il quantum computing?
Già dalla fine degli anni settanta, studiosi come Yuri Manin, Richard Feynman e David Deutsch hanno cominciato a teorizzare la possibilità di realizzare un computer che sfruttasse fenomeni quantistici naturali come la sovrapposizione degli stati di una particella e il cosiddetto entaglement, la peculiare unione in un unico sistema quantistico di più particelle o altre entità fisiche. Questi stati della materia, quando vengono sfruttati per scopi informatici, possono accelerare la nostra capacità di eseguire calcoli su serie complesse di dati.
L’idea è andata avanti e si è concretizzata nei computer quantici, che oggi esistono (hardaware, software, chip, ecc) e sono oggetto d’interesse da parte dei principali fondi d’investimento venture capital come Andreessen-Horowitz e YCombinator; aziende come Google, Microsoft, IBM; istituzioni finanziarie come Goldman Sachs; e Governi, come Cina e Usa (NSA, Nasa) e Canada; startup come D-Wave, 1Qbit e Rigetti.
In estrema sintesi, un computer quantistico è un sistema computazionale basato sulla meccanica quantistica, per capire il quale la prima cosa da fare è dimenticare i bit e rimpiazzarli con i qubit. Si legge nel libro di Mauro: ‘I computer tradizionali si basano sulla logica binaria per processare le informazioni, vale a dire su unità chiamate bit che possono assumere unicamente due valori, 0 e 1, tipicamente rappresentati materialmente tramite l’assenza o la presenza di una carica corrente elettrica. Invece nel caso di computer quantistico le unità di informazione sono i cosiddetti qubit, nei quali fino all’avvento di una misurazione, è presente una sovrapposizione di stati, fenomeno tipicamente quantistico difficilmente osservabile nel mondo macroscopico”. Il qubit, o quantum bit, è lo stato quantistico in cui si trova una particella o un atomo, che può avere contemporaneamente sia il valore 1 sia il valore 0; e una serie infinita di altri valori.
Mentre il bit classico è immaginabile come una moneta che, una volta lanciata, cadrà a terra mostrando inesorabilmente una delle due facce, il qubit è immaginabile come una moneta che, una volta lanciata, cadrà a terra continuando a ruotare su sé stessa senza arrestarsi finché qualcuno non ne blocchi la rotazione, obbligandola a mostrare una delle sue facce.
Ancora più espressivo un altro esempio: immaginate un elenco telefonico, e poi immaginate di avere un numero specifico da cercare in quell’elenco telefonico. Un computer classico che utilizza transistor cercherà ogni riga della rubrica telefonica, fino a quando non trova e restituisce la corrispondenza. Un computer quantistico, perché ha Qubits, può cercare istantaneamente in tutta la rubrica, valutando ogni riga simultaneamente e restituendo il risultato molto più velocemente di un computer classico.
Proprietà fondamentale del computer quantistico è la possibilità di rappresentare in modo sovrapposto gli stati classici, vale a dire 0 e 1. La seconda proprietà fondamentale che li caratterizza riguarda la cosiddetta interferenza, una terza proprietà importante è legata alla possibilità del qubit di essere entangled, vale a dire intrecciati tra loro portando a una correlazione profonda.
Non vogliamo qui entrare in maggiori spiegazioni, vi rimandiamo per questo al libro stesso e a questa pagina di AI4Business, ma vi sia sufficiente il fatto che queste proprietà combinate consentono di effettuare in modo incredibilmente efficiente, determinate e ben specifiche tipologie di calcoli che sono alla base di problemi computazionali particolarmente ardui da risolvere per il computer tradizionali. I quantum computer sfruttano l’interferenza, il parallelismo e l’entaglement per analizzare tutte le possibilità di un problema in modo simultaneo invece che in modo lineare e consentono anche di raggiungere più facilmente le soluzioni desiderate per alcune classi di problemi molto complessi, per i quali il computer tradizionale non è sufficiente.
Rispetto ai computer tradizionali possiamo definire quello che il computer quantico non è:
- non è un computer tradizionale molto denso
- non è un grande computer parallelo
- non sempre è più veloce di un computer tradizionale
- non sarà mai, probabilmente, un personal computer, anche perché non ci servirebbe
In altre parole, il computer quantistico è in grado di processare – nello stesso momento, attraverso il calcolo parallelo – più soluzioni ad un singolo problema anziché svolgere calcoli sequenziali come avviene ora con l’elaborazione elettronica.
Computer quantistico, lo stato dell’arte
L’impatto che potrebbe avere sulla ricerca scientifica (in particolare in ambito chimico), sulla medicina, sull’intelligenza artificiale, sulla sicurezza informatica, sulla blockchain, e anche nelle tecnologie militari e l’equilibrio geopolitico del mondo, è enorme.
Ma al momento, non è stato ancora costruito un computer quantistico abbastanza grande e potente per rivoluzionare il mondo, sebbene i progressi siano oramai sulla buona strada e abbastanza concreti da attirare investitori.
Le sfide che ancora affronta il computer quantistico per crescere sono soprattutto di tipo ingegneristico: le criticità riguardano la manipolazione controllata di atomi e particelle (possibile con pochi qubit ma per elaborazioni complesse servono centinaia e migliaia di qubit), la loro connessione e comunicazione, nonché lo sviluppo di algoritmi adatti al computer quantistico. La loro struttura è molto diversa dai portatili a cui siamo oramai abituati, ma non solo nella dimensione.
Nel video qui di seguito, una delle startup più interessanti e che hanno raccolto più investimenti Rigetti, spiega bene com’è fatto e funziona il computer quantico.
Le applicazioni del computer quantistico
Tutte le volte che c’è un problema industriale (o di altro genere) per il quale esiste un numero apparentemente infinito di variabili e le combinazioni di tali variabili formano un insieme molto ampio di possibili soluzioni, lì c’è spazio per la rivoluzione del computer quantistico.
Tra le applicazioni che potrebbero essere realizzate nel breve termine, poichè servono pochi qubit ci sono quelle relative alle simulazioni chimico- biologiche, oggetto di sperimentazione da parte di imprese come Google, IBM e Rigetti Computing questa prospettiva si fonda sul presupposto che i computer quantistici possano simulare in modo relativamente agile gli stessi sistemi quantistici, tra cui la struttura e l’evoluzione e l’interazione delle molecole sulla base del comportamento dei sistemi di elettroni presenti negli atomi che le compongono.
Le applicazioni mediche sono un primo ambito interessante, tra queste la simulazione dell’avvolgimento delle proteine, la ricerca di farmaci di nuova generazione, i processi cosiddetti di drug discovery e drug design, tutti campi in cui una maggiore capacità di simulazione dedicata alla chimica potrebbe fornire strumenti molto importanti, consentendo di comparare molecole molto più grandi rispetto le tecniche tradizionali come nei tentativi realizzati da società come 1Qbit. Utili applicazioni industriali si potrebbero vedere in ambito energia e in ambito agricolo
Sempre nel breve termine si stanno sviluppando applicazioni commerciali e militari di tecnologie di informazione e quantistica per la costruzione di crittografia sicura. Altre tecnologie in corso di sviluppo non strettamente legate alla computazione riguardano i sensori quantistici per le onde gravitazionali ho la misurazione ultra precisa del tempo.
L’ ambito crittografico presenta, luci e ombre: da un lato, i dati sono sempre più importanti e la loro sicurezza sempre più delicata e minacciata. Se la tecnologia quantistica può permettere sistemi di protezione più sofisticati, sarà un enorme vantaggio. Ma bisognerà rivoluzionare tutto, in quanto con il quantum computing molte delle tecniche di crittografia attuale potrebbero essere spezzate. Il problema si pone anche in ambito bitcoin, criptomoneta data per inattaccabile, ma che presenta vulnerabilità rispetto al potenziale del computer quantistico. Questo tema ha creato un grande filone di discussione e una delle soluzioni prospettate è la nascita del Qubitcoin (siamo ancora nel campo della speculazione teorica).
Ma veniamo all’intelligenza artificiale, in particolare il machine learning.
L’intelligenza artificiale sarà la versione finale di Google il motore di ricerca definitivo capace di capire tutto nel web in grado di comprendere esattamente quello che vuoi e di darti la cosa giusta non siamo neanche lontanamente vicini a questo risultato tuttavia possiamo avvicinarci sempre di più e questo è fondamentalmente ciò su cui lavoriamo. Larry Page, co-fondatore di Google
Google è una di quelle società all’avanguardia in ambito intelligenza artificiale e machine learning, il perché è piuttosto evidente: altrettanto evidente è che quello che aspetta è ‘il salto quantico’. Si sente il bisogno di accelerare il processo di apprendimento dell’intelligenza artificiale, non sono certo i dati a mancare.
Il quantum machine learning, un’area di studio ancora molto teorica, ma potrebbe creare un miglioramento significativo nei principali algoritmi di apprendimento secondo la schematizzazione proposta ad Andrea Rocchetto nelle quattro aree tecniche legate le reti neurali, all’algebra lineare, al campionamento e all’ottimizzazione. Questo permetterebbe di migliorare notevolmente le applicazioni legate alla classificazione di informazioni e la ricerca di pattern in grandi quantità di dati eventualmente con applicazioni immenso in molteplici settori della ricerca farmaceutica, dell’ e-commerce, dell’ intrattenimento, della robotica.
Il venture capital nel quantum computing
Negli ultimi 5 anni si è verificata un’accelerazione: quello che fino a qualche tempo sembrava pura fantascienza o era confinata ai laboratori di ricerca sta vivendo una fase di commercializzazione. Tutti i più importanti fondi di venture capital e le grandi aziende, i Governi, realizzano investimenti importanti, fioriscono le startup.
Dice Raffaele Mauro nel suo libro: “Diverse aziende mature stanno oggi investendo nel Quantum Computing e in generale nelle tecnologie quantistiche. Si tratta di allocazione di tempo, talento e risorse che vanno dalla costruzione di team dedicati all’acquisizione di piccole imprese dotate di tecnologie competenze, dall’investimento in R&D fino alle operazioni di Corporate Venture Capital, dalle partnership con università alla distribuzione di strumenti per sviluppatori. Ma oltre alle organizzazioni di grandi dimensioni, in questo ambito un ruolo fondamentale è giocato anche dallo startup. Una prospettiva è quella della cosiddetta open innovation legata al fatto che le grandi organizzazioni si rendono conto che i nuovi sviluppi della tecnologia, specialmente quelli di natura radicale. spesso vedono la luce fuori dalle loro mura.”
Nella chart qui di seguito (di CB Insights), aggiornata al 2016, è evidente il boom di investimenti avvenuto, come si diceva sopra, negli ultimi 5 anni.
Nella chart si nota anche la ricorrenza del nome D-Wave: la società privata D-Wave Systems offre l’unico computer quantistico commercialmente valido al mondo e ha clienti che includono Lockheed Martin, Google e Los Alamos National Laboratory. D-Wave, società canadese, è stata la prima azienda privata a puntare molto sul computing quantistico ‘commerciale’, e l’azienda ha dominato il settore da quando ha raccolto il suo primo round nel 2000. Da allora ha raccolto il maggior numero di round (14, aggiornato a oggi) e la maggiore quantità di capitali (204,7 milioni di dollari, aggiornato a oggi) rispetto a qualsiasi azienda privata del settore. Tra i suoi investitori ci sono Bezos Expeditions, Goldman sachs, Fidelity Investments, Bank of Canada, PSP Investments, il Governo canadese. Tra i suoi clenti Google, Nasa, Los Alamos National Lab, Volkswagen. Il suo prodotto di punta è il sistema di D-Wave 2000Q, secondo le informazioni della società dotato di 2048 qubit, e ha un nuovo modello a 5000 qubit pianificato per il 2019. D-Wave utilizza il paradigma maggiormente controverso nella comunità del quantum computing, quello cosiddetto adiabatico, spesso criticato per la sua mancanza di universalità e per la difficoltà nella correzione degli errori.
Un altro esempio molto interessante è Rigetti Computing, società californiana che a oggi ha raccolto investimenti per 120 milioni di dollari in 7 diversi round. Inizialmente supportata da YCombinator, uno dei più importanti acceleratori di impresa al mondo, annovera tra i suoi investitori Andreessen-Horowitz, Founders Fund, Vy Capital, Lux Capital, Data Collective e Bloomberg Beta. Si tratta di un’impresa con il cosiddetto approccio full stack, vale a dire che sviluppa tutto quello che serve per lo sviluppo del quantum computing: hardware, software e linguaggi di programmazione. Rigetti ha infatti sviluppato un processore quantistico superconduttivo a 19 qubit, un ambiente di sviluppo chiamato Forest, un linguaggio chiamato Quil per la creazione di programmi che si integrano con elementi classici il tutto assieme a sistemi di sviluppo so software legati al comune linguaggio Python.
Nella slide qui di seguito, con dati aggiornati a luglio 2018 e tratta da questa presentazione di
Un’altra slide molto interessante di questa presentazione è la seguente che raccoglie anche un po’ di ‘fatti’ particolari: per esempio che in ambito quantum computing vi è già stata la prima IPO (la canadese Quantum Numbers), si è vicini alla comparsa sulla scena del primo unicorno, probabilmente uno dei 6 minicorn, che la slide non indica specificamente, ma possiamo ipotizzare siano i nomi di maggior spicco sulla scena: D-Wave, Rigetti, Cambridge Quantum Computing (CQC), 1Qbit, IONQ, Qu Tech…
Un’altra lista di venture capitalist e relative società target in ambito quantum computing su questa pagina.
Quantum computing, il ruolo dei Governi (e il lato oscuro della forza)
Uno dei fatti più interessanti (e inquietanti) in questo settore è il ruolo dei Governi. Lo sviluppo del quantum computing ha richiesto e richiede ancora molta ricerca di base, il coinvolgimento di università e centri di ricerca, brevetti.
La corsa al quantum computing è in atto, poiché il potenziale di questa tecnologia, per quanto molto sia ancora in fase embrionale e sperimentale, non è solo disruptive, è addirittura capace di essere sconvolgente per la geopolitica mondiale.
Questo è il motivo per cui gli investimenti anche da parte di molti Governi stiano cominciando a esseri consistenti. Le principali potenze sono in prima linea: Cina, Europa, Giappone, US, ma il vero protagonista si sta dimostrando il Canada.
Sarà per effetto D-Wave, ma in Canada si è creato un hub molto importante di aziende del quantum computing a cui il Governo da moltissima spinta: nella seguente chart si nota il distacco tra Canada e altri Governi rispetto al funding offerto alle società private.
Considerando altri fattori come le pubblicazioni e i brevetti, secondo BCG, la situazione è diversa, la Cina è in pole position, seguita dall’Europa.
Ma non solo, secondo BCG anche sotto l’aspetto delle iniziative (e dei finanziamenti) nello sviluppo del quantum computing la Cina è al primo posto, con un programma di 10 miliardi di dollari per i prossimi cinque anni, di cui 3 miliardi di dollari sono riservati all’informatica quantistica e un’altra parte alla nascita di un laboratorio nazionale entro il 2020. L’Europa è in gioco (1,1 miliardi di dollari di finanziamenti dalla Commissione europea e dagli Stati membri europei), così come i singoli paesi della regione, in particolare il Regno Unito (381 milioni di dollari nel programma nazionale britannico per le tecnologie quantistiche). La Camera dei Rappresentanti degli Stati Uniti ha approvato il National Quantum Initiative Act (1,275 miliardi di dollari, a complemento delle iniziative in corso del Dipartimento dell’Energia, dell’Army Research Office e del National Science Foundation). Anche molti altri paesi, in particolare Australia, Canada e Israele, sono molto attivi.
Per chiudere, dal libro di Raffaele Mauro ‘Quantum Computing’, questa citazione del giornalista e scrittore David Ignatius.
Un computer quantistico iperveloce è l’equivalente digitale di una bomba nucleare. Il vincitore della gara per costruire le prime macchine quantistiche efficienti potrebbe raggiungere un vantaggio geopolitico rilevante.
Donatella Cambosu
