Le innovazioni nel campo delle tecnologie quantistiche stanno già rivoluzionando il panorama della sicurezza informatica nel mondo scientifico, ma fra un po’ estenderanno anche al livello mainstream della comune cittadinanza: esse porteranno con sé anche nuove sfide, in particolare nel settore della cybersecurity.
Per comprendere meglio l’impatto di queste tecnologie e come affrontare le relative sfide, abbiamo necessità di avviare un’azione sistematica da parte governativa assieme ai centri di eccellenza italiani e comunitari nel campo della ricerca quantistica, affinché si affronti da subito il rischio che le tecnologie quantistiche rappresentano per la sicurezza delle comunicazioni digitali a livello crittografico.
La rivoluzione delle tecnologie quantistiche nella sicurezza informatica
L’enorme e massivo potenziale dei computer quantistici nel campo della sicurezza informatica è sbalorditivo, poiché oggi sono in grado di affrontare e risolvere problemi fisico-computazionali altrimenti impossibili da risolvere con i sistemi tradizionali. Tuttavia, questa stessa potenza computazionale potrebbe minare i meccanismi di protezione crittografica attualmente in uso, basati sulla complessità di calcolo per la creazione delle chiavi crittografiche.
Per far fronte a questa sfida, le tecnologie quantistiche offrono anche soluzioni, come la Quantum Key Distribution (QKD), che consente di trasferire le chiavi crittografiche in modo assolutamente confidenziale, indipendentemente dalle capacità computazionali dell’avversario.
L’importanza di agire rapidamente è sotto gli occhi di tutti dato che viviamo nella società dell’informazione poiché i computer quantistici, una volta pienamente operativi, potrebbero rappresentare una minaccia per i sistemi di comunicazione attuali, coinvolgendo dati sensibili come quelli sanitari, finanziari e legali. È quindi fondamentale investire nelle tecnologie quantistiche per garantire un livello di sicurezza indipendente dalla potenza di calcolo, preferibilmente sfruttando tecnologie di origine comunitaria.
Non dimentichiamo la tradizionale importanza della formazione e della standardizzazione nel campo della sicurezza quantistica delle comunicazioni, cercando di sviluppare competenze specifiche e di integrare i piani di formazione universitari (e non solo) per affrontare le sfide emergenti nel settore della cybersecurity.
A livello europeo, sono in corso diverse iniziative mirate allo sviluppo di un’infrastruttura europea di comunicazione quantistica sicura che sta già coinvolgendo numerosi istituti di ricerca, università e industrie private in numerose iniziative di mutuale collaborazione che mirano allo sviluppo di tecnologie quantistiche “Made in UE”.
Tecnologie quantistiche: il ruolo del CERN
Tra queste notiamo l’assoluto contributo scientifico e tecnologico in questo campo del CERN di Ginevra (Svizzera) che già possiede un’invidiabile esperienza mondiale in questo settore, basandosi su un approccio coordinato e sistematico che sfrutta le opportunità offerte dalle sue tecnologie quantistiche; al contempo, si rafforza il lato computazionale nel campo della cybersecurity. Ma vediamo in dettaglio le tecnologie sviluppate dal CERN.
Il CERN, acronimo di “Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (“Consiglio Europeo per la Ricerca Nucleare”) è l’organizzazione europea di ricerca nucleare più grande al mondo. Fondata nel 1954, ha sede a Ginevra, in Svizzera, e conta attualmente almeno 23 stati membri.
Il principale obiettivo del CERN è condurre ricerche nel campo della fisica delle particelle, studiando la struttura fondamentale dell’universo e le forze che lo governano. Per fare ciò esso opera una serie di acceleratori di particelle e rilevatori di alta tecnologia, che consentono agli scienziati di eseguire esperimenti su scala internazionale.
Tra i progetti più noti del CERN c’è il Large Hadron Collider (LHC), il più grande acceleratore di particelle del mondo, inaugurato nel 2008. L’LHC è stato progettato per accelerare particelle subatomiche a velocità prossime a quella della luce e farle collidere, permettendo agli scienziati di studiare le particelle elementari e le leggi fondamentali della natura.
Le ricerche condotte quivi hanno portato a importanti scoperte nel campo della fisica delle particelle, tra cui la conferma dell’esistenza del bosone di Higgs nel 2012, una particella chiave per la comprensione dell’origine della massa delle particelle elementari.
I progetti di tecnologia quantistica del CERN
Oltre alla ricerca fondamentale, il CERN ha anche un ruolo significativo nello sviluppo di tecnologie avanzate che spesso hanno applicazioni al di fuori del campo della fisica delle particelle, come la meccanica quantistica e il suo campo applicativo sui calcolatori elettronici, la quantistica computazionale.
I progetti di tecnologia quantistica del CERN sono cominciati già alla fine degli anni ‘90 ma il suo vero potenziale è cominciato con la sperimentazione AEGIS: le incursioni della tecnologia quantistica nell’esperimento AEGIS sono state in grado di esplorare la natura interconnessa di particelle multiple dei fotoni dalla distruzione del positronio, essendo uno dei numerosi esempi di ricerca con maggiore rilevanza per le tecnologie quantistiche.
Le tecnologie quantistiche, che sfruttano fenomeni intrinseci della meccanica quantistica come sovrapposizione ed entanglement, hanno il potenziale per trasformare la scienza e la società nei prossimi anni. Descritta come la seconda rivoluzione quantistica a seguito della prima che includeva l’introduzione di dispositivi come laser e transistori negli ultimi cinquant’anni.
Le risorse necessarie allo sviluppo delle tecnologie quantistiche
Le tecnologie quantistiche richiederanno risorse non comuni oggi: il supporto dedicato alla R&S diventato parte delle agende di ricerca nazionali e internazionali.
Dopo un primo workshop sulla computazione quantistica in fisica ad alta energia organizzato dal CERN nel novembre 2018, sono state avviate delle iniziative di miglioramento, eventi e progetti pilota congiunti presso il CERN per esplorare l’interesse della comunità nelle tecnologie della computazione quantistica, oltre alle possibili sinergie con altri campi di ricerca.
La direzione del CERN ha annunciato l’iniziativa sulla tecnologia quantistica trovandosi in una posizione unica al mondo: possiede in un unico luogo il diverso insieme di competenze e tecnologie, inclusi software, informatica, scienza dei dati, teoria, sensori, criogenia, elettronica, scienza dei materiali, …, necessario per un’impresa multidisciplinare.
Il CERN e le ramificazioni della meccanica quantistica
Nei laboratori fisici ginevrini si è data molto importanza a tutte le ramificazioni della meccanica quantistica: primo, la computazione, dove fenomeni quantistici come la sovrapposizione vengono utilizzati per accelerare determinate classi di problemi computazionali al di là dei limiti raggiungibili con sistemi classici.
Secondo, il rilevamento e la metrologia quantistici, che sfruttano l’alta sensibilità dei sistemi quantistici coerenti per progettare nuove classi di rilevatori di precisione e dispositivi di misurazione.
Terzo, la comunicazione quantistica mediante la quale fotoni singoli o fotoni entangled e i loro stati quantistici vengono utilizzati per implementare protocolli di comunicazione sicuri attraverso reti di fibra ottica, o dispositivi di memoria quantistica capaci di memorizzare gli stati quantistici.
Quarto, la teoria meccanico-quantistica con le sue simulazioni ed elaborazioni delle informazioni dove sistemi quantistici ben controllati vengono utilizzati per simulare o riprodurre il comportamento di fenomeni quantistici a molti corpi diversi, meno accessibili, e possono essere esplorate le relazioni tra fenomeni quantistici e gravitazione.
L’iniziativa sulla tecnologia quantistica ha valutato positivamente l’impatto potenziale delle tecnologie quantistiche del CERN sulla fisica ad alta energia: dopo aver stabilito governance e strumenti operativi, si è lavorato duramente per definire obiettivi concreti di R&S nei predetti quattro principali settori.
Formazione e standardizzazione nella sicurezza quantistica
Inoltre, si sta sviluppando un programma internazionale di educazione e formazione in collaborazione con studiosi di spicco proveniente dalle migliori università e industrie mondiali, ovviamente identificando numerosi meccanismi di condivisione delle conoscenze all’interno degli Stati Membri del CERN, delle comunità della fisica ad alta energia, di numerose comunità di ricerca scientifica e della società nel suo complesso.
L’avvento delle tecnologie quantistiche sta portando profondi cambiamenti nel panorama della sicurezza informatica, richiedendo una risposta tempestiva e coordinata da parte delle istituzioni governative, dei centri di ricerca e della comunità accademica: tuttavia, è essenziale affrontare le sfide emergenti in modo proattivo, sviluppando non solo nuove tecnologie, ma anche standardizzazione, formazione e strategie di implementazione. Il coinvolgimento di esperti provenienti da diverse discipline, la condivisione delle conoscenze e la cooperazione internazionale saranno fondamentali per affrontare con successo le sfide che le tecnologie quantistiche presentano al nostro concetto attuale di sicurezza informatica.
Le prospettive future
Il CERN, con la sua vasta esperienza e risorse multidisciplinari, si trova in una posizione privilegiata per guidare questo processo e per fornire soluzioni innovative che possano plasmare il futuro della sicurezza informatica. Guardando avanti, è importante mantenere un dialogo aperto e continuo tra i vari attori coinvolti, al fine di garantire che le tecnologie quantistiche possano essere sviluppate e implementate in modo sicuro ed efficace, per il beneficio di tutta la società.
