Quantum Computing: RHC intervista il Prof. Andrea Morello dell’ARC Center of Excellence for Quantum Computation della University of New South Wales in Australia

Roberto Campagnola : 30 Giugno 2023 08:51

Il gruppo di Quantum Computing di Red Hot Cyber, ha intervistato recentemente il prof. Andrea Morello.

Si tratta di uno scienziato italiano naturalizzato in Australia che si occupa di ingegneria quantistica presso la School of Electrical Engineering and Telecommunications e Program Manager presso l’ARC Center of Excellence for Quantum Computation and Tecnologia della comunicazione (CQC2T) alla University of New South Wales in Australia.

La ricerca di Morello si concentra principalmente sulla progettazione e costruzione dei componenti di base di un computer quantistico utilizzando gli spin di singoli atomi nel silicio. Il suo team è stato il primo al mondo a dimostrare il controllo coerente e la lettura dell’elettrone e dello spin nucleare di un singolo atomo di fosforo nel silicio, e per molti anni hanno detenuto il record per il tempo di memoria quantistica più lungo per un singolo qubit allo stato solido (35,6 secondi). La ricerca di Morello si concentra anche sull’utilizzo di sistemi di spin altamente coerenti per studiare le basi della meccanica quantistica.

Anche Morello come Red Hot Cyber ha una grande passione: la divulgazione scientifica. Al di fuori della ricerca, Morello è attivamente impegnato nell’educazione al quantum computing. Ha prodotto una serie di video su YouTube “The Quantum Around You” e “Quantum Computing Concepts” per portare i concetti fondamentali della fisica quantistica a un pubblico più ampio. Morello ha anche recitato in una serie di video prodotti dallo YouTuber Derek Muller sul suo canale Veritasium, spiegando i concetti fondamentali del calcolo quantistico, con il video più visto in questa serie che è stato visto oltre 4,4 milioni di volte.

Roberto Campagnola del gruppo del Quantum Computing di Red Hot Cyber, ha contattato il prof. Morello chiedendogli una intervista che ci ha concesso gentilmente nella quale ci ha fornito degli spunti per comprendere oggi la ricerca quantistica dove ci sta portando.

L’intervista al prof. Morello

Roberto Campagnola: Può descrivere brevemente le linee di ricerca che sta seguendo presso l’UNSW?
Andrea Morello: La mia ricerca è mirata allo sviluppo di hardware quantistico usando strutture in silicio su scala atomica. Il mio gruppo è stato il primo al mondo a dimostrare l’operazione di un bit quantistico (qubit) in silicio, usando lo spin di un elettrone localizzato su un singolo atomo di fosforo. Più recentemente, siamo stati i primi a dimostrate operazioni quantistiche universali (1-qubit e 2-qubit) con errori inferiori all’ 1%. A lato della ricerca su hardware quantistico, mi occupo anche di domande fondamentali sulla fisica quantistica.

Roberto Campagnola: Qual è attualmente lo stato dell’arte della computazione quantistica e quali sono le tecnologie usate più promettenti?
Andrea Morello: Siamo ancora in una fase molto prematura dello sviluppo dell’hardware quantistico, dove molte piattaforme sono ancora in gara. Le più attive sono basate su superconduttori (per esempio IBM e Google, e numerose start-up in America ed Europa) e ioni intrappolati nel vuoto (molte start-up in America ed Europa, più la Honeywell). Meno sviluppate al momento, ma molto promettenti, sono piattaforme basate su spin in semiconduttori (Intel, IBM, e molte start-up come Diraq) o fotoni (PsiQuantum, Xanadu, Photonic Inc. e molte altre). Lo stato dell’arte attuale consiste nel dimostrare in linea di principio che certi algoritmi possono essere eseguiti, e sviluppare metodi per rendere l’hardware robusto e immune agli errori. Al momento, non esiste hardware capace di offrire applicazioni concrete.

Roberto Campagnola: E’ possibile fare previsioni sul momento in cui il quantum computing diventerà effettivamente efficace? Quali conseguenze avrà sulla sicurezza informatica?
Andrea Morello: Assolutamente no, ma ovviamente tutti ci provano. Esiste un sondaggio annuale, coordinato da scienziati italiani in Canada, che pone ogni anno questa domanda a molti esperti. Il consenso generale e’ che dispositivi in grado di attaccare la sicurezza informatica richiederanno almeno 10 anni. Tuttavia, e’ importante notare che gia’ oggi ci sono rischi, per contenuti che possono avere rilevanza nel lontano futuro. Anche se non esiste ancora un computer quantistico capace di decifrare messaggi criptati, agenti maliziosi possono iniziare a intercettare questi messaggi e tenerli in memoria aspettando di poterli decriptare nel futuro. Inoltre, l’esperienza insegna che ci vogliono circa 20 anni per stabilire un nuovo sistema globale e universale di sicurezza informatica. E’ quindi importante agire a tempo breve.

Roberto Campagnola: Sappiamo che molti paesi nel mondo, apparentemente “in contrasto” tra loro, stanno investendo molti fondi nelle tecnologie quantistiche. La ricerca sulle tecnologie quantistiche è stata definita “la nuova corsa allo spazio”, è d’accordo con questa definizione?
Andrea Morello: In un certo senso sì. Non c’è dubbio che le implicazioni sulla sicurezza informatica richiedano molta attenzione da parte dei governi e delle industrie.

Roberto Campagnola: Quali nazioni attualmente dispongono delle capacità più avanzate nelle tecnologie quantistiche?
Andrea Morello: Gli USA hanno sistemi molto avanzati, e investimenti enormi sia nel settore privato che pubblico. L’Europa ha molte start-up promettenti e investimenti pubblici significativi, ma piuttosto frammentati. La Cina ha capacità molto avanzate soprattutto nelle telecomunicazioni quantistiche. L’Australia, pur essendo “piccola” (in popolazione, non in area, ovviamente) ha una leadership globale in tecnologie quantistiche in semiconduttori.

Roberto Campagnola: Come valuta la ricerca e le competenze italiane nella tecnologia quantistica? Quanto è importante investire in queste tecnologie oggi? Chi non investe è destinato a perdere?
Andrea Morello: Ho lasciato l’Italia nel 1999, e non ho prestato molta attenzione all’evoluzione della ricerca italiana. Sono al corrente di settori di eccellenza nella ricerca, come il magnetismo molecolare, ma nell’ambito quantistico l’impronta italiana sembra piccola, e limitata principalmente alla fisica teorica.
Sono dell’opinione che, a parte giganti come l’America a la Cina, paesi di media grandezza debbano fare delle scelte restrittive e concentrarsi su particolari settori per sviluppare ricerca di eccellenza su scala globale. L’Australia ha scelto le tecnologie quantistiche molto presto, a scapito di altre. Vedremo tra 20 anni se sara’ stata una scelta giusta. L’Italia, evidentemente, ha fatto scelte diverse, che non sono in grado di giudicare. Sarà importante mantenere legami strategici con il resto dell’Europa, per evitare di rimanere indietro.

Roberto Campagnola: Sulla base dei suoi studi ed esperienze, ci sarà una nazione destinata a eccellere nella computazione e comunicazione quantistica?
Andrea Morello: Più probabilmente ci saranno alleanze strategiche globali. Gli Stati Uniti sono molto attivi nel fare in modo che paesi alleati partecipino nella ricerca quantistica, in modo da creare una rete transnazionale di tecnologie e applicazioni. Rivoluzioni tecnologiche di questa portata non sono mai questioni puramente nazionali.

Roberto Campagnola: Cosa l’ha spinta a lasciare l’Italia e pensa mai di tornare nel nostro paese stabilmente?
Andrea Morello: Ho lasciato l’Italia da studente, inizialmente per pura curiosità e desiderio di avventura. Ho poi trovato all’estero una maggiore facilità nel portare a termine ricerca sperimentale avanzata. Dopo qualche anno in Francia, Olanda e Canada, ho trovato in Australia un ambiente ideale per stabilire il mio programma di ricerca a di insegnamento. E’ una terra di pionieri e esploratori, dove c’e’ una forte “cultura del possibile”, accompagnata da una profonda multiculturalità dove nessuno viene fatto sentire uno straniero. Non ho piani o intenzioni di rientrare stabilmente in Italia.
Negli ultimi anni le cose stanno lentamente cambiando ma in Italia la cultura scientifica è ancora considerata qualcosa di “alieno” che solo pochi “eletti” possono seguire, ed è considerato
“socialmente accettabile” avere scarse conoscenze nelle discipline scientifiche, al contrario di quelle umanistiche; come si può rimediare a questo “analfabetismo scientifico-matematico”?
Con la solita premessa che non ho una visione dettagliata di come l’Italia sia evoluta negli scorsi 20 anni, mi pare che questo commento non sia applicabile in tutto il paese. A Torino, dove sono cresciuto e ho studiato fino alla laurea (al Politecnico), “ingegnere” e’ di fatto un titolo onorifico. La cultura e l’istruzione tecnica e scientifica che ho avuto, anche prima dell’università, sono state di qualità eccezionale. E, al contrario di cosa succede in molti altri paesi, l’educazione scientifica non era per pochi “eletti”. Sono cresciuto in una famiglia operaia, ho studiato in scuole pubbliche, e mai per un momento ho avuto l’impressione di dover essere un “eletto” per poter procedere nei miei studi.

Roberto Campagnola
Laureato in fisica delle particelle, attualmente assegnista di ricerca presso i Laboratori Nazionali di Frascati-INFN e il CERN, si occupa dell’upgrade dell’esperimento CMS – Compact Muon Solenoid per il Large Hadron Collider.