L’ecosistema nazionale del Quantum Computing è in fase embrionale e il Paese si trova in ritardo nella corsa globale alle tecnologie quantistiche, ma ha iniziato a muoversi nella giusta direzione: è quanto emerge dal rapporto di analisi della consultazione pubblica avviata dal Mimit per mappare l’ecosistema italiano delle tecnologie quantum.
Il rapporto, realizzato con la collaborazione dell’Osservatorio Quantum Computing & Communication del Politecnico di Milano, restituisce la fotografia dello stato dell’ecosistema italiano delle tecnologie quantistiche, individuandone potenziale, criticità ed opportunità.
Sulla base dell’analisi, il Mimit ha elaborato le prime sette proposte per guidare la strategia nazionale per le tecnologie quantistiche. In questo articolo ci occuperemo invece della parte di analisi che ha poi portato a redigere il set di proposte.
Prima di scendere nel dettaglio della proposta approfondiamo che cosa sono le tecnologie quantistiche e quali sono i campi di applicazione.
Indice degli argomenti
Che cosa sono le tecnologie quantistiche
Le tecnologie quantistiche sfruttano le leggi della meccanica quantistica, il regno dell’infinitamente piccolo, per sviluppare strumenti con capacità rivoluzionarie.
A differenza dei sistemi classici che si basano su bit che rappresentano 0 o 1, i sistemi quantistici utilizzano i qubit. I qubit possono esistere in una sovrapposizione di stati (sia 0 che 1 contemporaneamente) e sfruttare il fenomeno dell’entanglement (correlazioni tra particelle quantistiche indipendentemente dalla distanza).
Queste proprietà uniche permettono ai computer quantistici di eseguire calcoli esponenzialmente più velocemente di quelli classici per specifici tipi di problemi, aprendo nuove frontiere nella scoperta di farmaci, nella scienza dei materiali, nella finanza e nell’intelligenza artificiale.
Altre tecnologie quantistiche emergenti includono comunicazioni quantistiche ultra-sicure e sensori quantistici ad alta precisione.
Applicazioni delle tecnologie quantistiche
Approfondendo il tema delle applicazioni, emerge come queste tecnologie siano dotate di un grande potenziale trasformativo. Nella sanità, le tecnologie quantistiche potranno accelerare la scoperta di farmaci, personalizzare la medicina attraverso l’analisi di dati genomici complessi e migliorare la diagnostica con sensori ultra-precisi.
Nel settore finanziario, il calcolo quantistico potrebbe ottimizzare il trading, la gestione del rischio e la rilevazione di frodi. La sicurezza informatica vedrà l’avvento di comunicazioni quantistiche crittografate, potenzialmente inviolabili, e nuovi algoritmi di crittografia post-quantistica per proteggere i dati dalle future minacce quantistiche.
Nel campo dell’energia, le tecnologie quantistiche potrebbero contribuire alla scoperta di nuovi materiali superconduttori per reti più efficienti e allo sviluppo di modelli più accurati per la previsione e la gestione dell’energia.
Altre applicazioni includono la scienza dei materiali, la chimica computazionale, le previsioni meteorologiche e l’intelligenza artificiale, dove il calcolo quantistico potrebbe sbloccare nuove capacità nel machine learning e nell’ottimizzazione.
Il ruolo delle tecnologie quantistiche nella competitività economica e tecnologica globale
Le tecnologie quantistiche – annoverate tra le cosiddette deep technologies – sono riconosciute come uno dei pilastri fondamentali per la futura competitività economica e tecnologica globale, grazie al loro potenziale di rivoluzionare molteplici settori industriali con significativi impatti economici, occupazionali e sulla sicurezza nazionale.
Sebbene ancora in fase prototipale, queste tecnologie sono destinate a consolidarsi nel prossimo decennio grazie agli sforzi congiunti della ricerca pubblica e industriale che ne stanno accelerando lo sviluppo.
Il Quantum Computing si distingue per la capacità di risolvere problemi complessi precedentemente considerati irrisolvibili, aprendo la strada a innovazioni come la scoperta di nuovi farmaci o la risoluzione di problemi di ottimizzazione su vasta scala, che coinvolgono milioni di variabili in contesti come la logistica e la finanza.
La Quantum Communication potrebbe consentire la creazione di reti di comunicazione ultrasicure, resistenti a interferenze esterne, mentre il Quantum Sensing & Metrology ha il potenziale di sviluppare sensori di altissima precisione per applicazioni avanzate come il monitoraggio dell’attività magnetica cerebrale o cardiaca e la navigazione autonoma in assenza di GPS.
La complessa catena del valore delle Quantum Technologies
La catena del valore delle tecnologie quantistiche è complessa e multifattoriale, composta da una serie di attività che contribuiscono alla produzione e all’applicazione di queste tecnologie nei contesti d’uso. Include:
- la produzione delle tecnologie abilitanti e dell’hardware, che rappresenta una sfida tecnica significativa a causa della necessità di manipolare l’informazione quantistica a livello di singola particella, come atomi o fotoni, e di correggere gli errori
- lo sviluppo di middleware, fondamentale per facilitare l’interazione tra la macchina quantistica e le applicazioni pratiche
- lo sviluppo del software e la sua applicazione nei contesti di business supportata da attività di consulenza e system
integration
Alla creazione del valore concorrono indirettamente attività di supporto, come la formazione e attività di facilitazione e il finanziamento a progetti imprenditoriali.
L’Italia nella ricerca accademica sulle tecnologie quantistiche
Il settore industriale delle Quantum Technologies è ancora emergente ma in crescita, trainato innanzitutto dagli investimenti pubblici nell’ambito del PNRR (oltre 140 milioni di euro nell’orizzonte 2023-2025).
Nonostante l’Italia partisse già da una posizione di eccellenza a livello accademico – classificandosi al settimo posto mondiale per le pubblicazioni scientifiche nel Quantum Computing e offrendo oltre dieci programmi di Master e Lauree Magistrali focalizzati su queste tecnologie –, mancava una rete di lavoro coordinata per valorizzare appieno queste competenze.
L’impulso dato dal PNRR ha facilitato la creazione di una rete di ricerca e sviluppo più strutturata, spingendo anche la crescita del settore privato: al 2024, infatti, si registrano oltre dieci aziende e startup operanti in questo settore, molte delle quali spin-off di laboratori universitari.
Anche sul fronte degli investimenti sono stati datti passi in avanti: alcune di queste realtà hanno già attratto fondi di venture capital per un totale di 12,5 milioni di euro ed è stato istituito il primo fondo di investimento italiano dedicato esclusivamente alle tecnologie quantistiche.
La consapevolezza nelle aziende riguardo alla domanda in settori come finance, energy, telco e difesa è in aumento, con investimenti cresciuti da 6 a 8 milioni di euro tra il 2023 e il 2024.
Tuttavia, malgrado questi progressi, i fondi stanziati sono significativamente inferiori rispetto a quelli di altri paesi leader nel settore: il Regno Unito ha infatti investito oltre 4 miliardi di euro su queste tecnologie e la Germania poco più di 3 miliardi. Seguono la Francia, con 1,8 miliardi di euro e l’Olanda (1,1 miliardi).
Nonostante i 140 milioni investiti dall’Italia siano ben al di sotto di quest cifre, attualmente non sono previste ulteriori risorse pubbliche dedicate.
Collaborazioni internazionali e progetti in corso
Proprio per il potenziale di queste tecnologie, le Quantum Technologies sono tra le tecnologie strategiche attenzionate dall’UE. Tra i progetti attivi che hanno come oggetto queste tecnologie si segnala la Quantum Technologies Flagship, un’iniziativa di ricerca e innovazione a lungo termine che mira a posizionare l’Europa all’avanguardia della seconda rivoluzione quantistica.
Con un budget previsto di 1 miliardo di euro dall’UE, l’iniziativa sosterrà il lavoro di centinaia di ricercatori quantistici per un decennio. Lanciato nel 2018, il progetto riunisce istituzioni di ricerca, industria e finanziatori pubblici per consolidare la leadership scientifica europea nelle tecnologie quantistiche.
Il suo obiettivo è trasformare la ricerca europea in applicazioni commerciali, sfruttando appieno il potenziale dirompente del quantum in quattro aree principali: calcolo quantistico, simulazione quantistica, comunicazione quantistica e sensori e metrologia quantistici.
Durante la fase iniziale (2018-2022), con un budget di 152 milioni di euro, la Quantum Technologies Flagship ha finanziato 24 progetti coinvolgendo oltre 1.600 ricercatori. La fase successiva, finanziata nell’ambito di Horizon Europe, mira a espandere la leadership europea e portare i risultati della ricerca più vicini all’industria, con un budget di oltre 400 milioni di euro.
L’ecosistema del Quantum Computing
Le consultazioni evidenziano come il mercato del Quantum Computing sia ancora in una fase embrionale. L’Italia si distingue per l’eccellenza nella componentistica, in particolare nella fotonica, ma registra l’assenza di startup di rilievo internazionale nello sviluppo tecnologico.
Sebbene alcune startup stiano orientando gli sforzi verso una futura creazione di hardware, attualmente non esistono aziende che offrano una soluzione interamente.
Le startup italiane sono infatti focalizzate sul software e applicazioni, con un ampio potenziale di sviluppo di servizi a valore aggiunto per l’industria. Questo, suggerisce il documento, potrebbe creare ostacoli per la realizzazione di prodotti finali rendendo necessario nel breve termine l’adozione di politiche di approvvigionamento che stimolino l’innovazione senza imporre restrizioni.
Tra le difficoltà attualmente evidenziate nel settore, le consultazioni sottolineano i lunghi tempi di attesa per l’accesso alle infrastrutture e i prolungati periodi di inattività dei laboratori.
Un altro aspetto critico riguarda la proprietà intellettuale: la mancanza di fonderie specializzate nel paese costringe molte aziende a collaborare con strutture esterne, suscitando preoccupazioni sulla protezione dei brevetti e sulla sicurezza dei processi produttivi.
Quantum Communication, lo stato dell’ecosistema italiano e la sfida dell’integrazione con il Quantum Computing
L’ecosistema della Quantum Communication in Italia si distingue per la presenza di startup innovative e sperimentazioni di rilievo a livello internazionale, posizionandosi come uno dei settori dove il paese eccelle.
Le tecnologie di Quantum Communication mostrano una maturità maggiore rispetto a quelle di Quantum Computing, con applicazioni principali nel campo della cybersicurezza, attraverso la progettazione di comunicazioni ultra-sicure.
La catena del valore di queste tecnologie si sviluppa a partire da componenti elettroniche assemblate all’estero, a causa della mancanza di una filiera nazionale e di strutture di produzione europee.
Sul fronte dei dispositivi hardware, l’Italia è sede di startup riconosciute per la produzione di sistemi di Quantum Key Distribution (QKD) che sono già commercializzabili e possono essere integrati nelle reti esistenti. Tuttavia, queste tecnologie devono ancora superare sfide tecniche, come i costi elevati e limitazioni nel chilometraggio.
Dal punto di vista software, algoritmi resistenti a potenziali attacchi di computer quantistici sono già disponibili, e vi sono attori italiani che si stanno preparando per offrire servizi di Post-Quantum Cryptography, una tecnologia che può essere integrata con QKD.
Nonostante il potenziale significativo, l’assenza di standardizzazione e certificazione rappresenta un ostacolo allo sviluppo del settore, rallentando la diffusione e limitando la consapevolezza delle aziende riguardo alla domanda di queste tecnologie avanzate.
Il settore del Quantum Sensing & Metrology in Italia beneficia di una solida filiera di sensoristica tradizionale che potrebbe essere potenziata in chiave quantistica, facilitando così l’industrializzazione futura del settore.
La disponibilità di componenti, come laser e sistemi di controllo automatico, offre un’opportunità significativa per lo sviluppo delle tecnologie quantistiche. Tuttavia, la catena del valore si affida spesso a componenti provenienti dall’estero, e l’assenza di fonderie europee per conto terzi rappresenta un fattore limitante.
Sul fronte dell’hardware, l’ecosistema italiano vede la nascita di nuove iniziative imprenditoriali e la partecipazione di aziende della filiera tradizionale, che si stanno attivando per la produzione di sensori quantistici.
Dal punto di vista software, alcune imprese stanno lavorando per integrare i sensori quantistici in applicazioni reali e collegarli con le tecnologie spaziali.
Attualmente, l’interesse verso queste tecnologie è principalmente focalizzato sull’ambito della difesa, ma le loro applicazioni hanno il potenziale per portare innovazioni e benefici anche nel mercato commerciale.
La sfida principale per sviluppare il potenziale della sensoristica quantistica risiede nella costruzione di infrastrutture adeguate e nell’integrazione con le tecnologie di Quantum Computing e Communication.
Tecnologie quantistiche, sfide e opportunità per l’Italia
Dall’analisi emergono quindi quelli che sono i punti di forza, debolezza, opportunità e rischi che influenzano lo sviluppo e la competitività del settore in Italia.
Tra i punti di forza, l’Italia vanta la presenza di istituti e centri di ricerca che promuovono l’industrializzazione delle tecnologie quantistiche, università di alto livello, e un ecosistema fotonico ben strutturato.
Inoltre, il paese eccelle nelle Quantum Communication ed è riconosciuto per le capacità di ricerca e produzione potenziale nel Quantum Sensing & Metrology, supportato da startup e grandi aziende che stanno investendo nel settore.
Barriere tecnologiche e infrastrutturali
Tuttavia, lo sviluppo dell’ecosistema è attualmente ostacolato da alcuni limiti della catena del valore, come la mancanza di hardware quantistico competitivo, la necessità di capitali significativi per lo sviluppo e una carenza di finanziamenti pubblici adeguati.
L’assenza di un piano nazionale coordinato e di infrastrutture adeguate, come le fonderie italiane e l’espansione della fibra per il QKD, rappresentano ulteriori sfide.
In questo scenario, la crescente attenzione dell’Europa alle tecnologie quantistiche – con i diversi progetti e partenariati messi in atto volti ad accelerare lo sviluppo dell’ecosistema e delle infrastrutture (tra cui l’Impresa comune europea per il calcolo ad alte prestazioni EuroHPC) – rappresentano per l’Italia un’importante opportunità di investimento e collaborazione per l’Italia.
Tuttavia, emergono anche rischi significativi, tra cui la competitività internazionale, che potrebbe portare a una fuga di talenti e a una dipendenza da altri paesi, oltre alla mancanza di una strategia industriale europea coordinata e ai potenziali attacchi di cybersecurity futuri che mettono a rischio la sicurezza dei dati.
Il ritardo negli investimenti rispetto ad altri Paesi europei
Il divario tra l’Italia e gli altri paesi europei negli investimenti nelle tecnologie quantistiche è significativo. I principali investitori in Europa, come il Regno Unito, la Germania e la Francia, hanno stanziato fondi notevolmente superiori rispetto all’Italia.
Il Regno Unito guida con investimenti pubblici di 4.122 milioni di euro, seguito dalla Germania con 3.030 milioni e dalla Francia con 1.800 milioni.
L’Italia, con investimenti di 227,4 milioni di euro, ha margini di miglioramento sia in termini di quantità di fondi stanziati sia nella definizione di un programma strategico a lungo termine.
Questo divario finanziario si riflette anche nello sviluppo del settore privato, dove il numero di startup native italiane è inferiore rispetto ai leader europei. Tuttavia, con 13 aziende native, l’Italia si posiziona vicino a paesi come Paesi Bassi e Giappone, indicando che, con adeguati investimenti, il divario può essere colmato.
Strategie per colmare il divario
Per colmare questo divario è stato creato un gruppo di lavoro istituito dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR), in collaborazione con il Ministero (MIMIT), il Ministero della Difesa, l’Agenzia nazionale per la Cybersicurezza (ACN) e il Dipartimento per la Transizione Digitale (DTD) della Presidenza del Consiglio dei Ministri.
Le attività del gruppo hanno portato alla redazione di una bozza di strategia nazionale sulle tecnologie quantistiche, sottoposta a consultazione pubblica da parte del Ministero delle Imprese e del Made in Italy.
La strategia ha individuato 7 aree prioritarie di intervento e 18 possibili politiche per favorire lo sviluppo industriale italiano delle tecnologie quantistiche. Le 7 aree individuate, con una breve spiegazione delle azioni e gli obiettivi di ciascuna, sono:
- Dialogo continuo tra attori dell’ecosistema. Creare meccanismi permanenti di confronto tra istituzioni, esperti e industria per stabilire priorità di investimento e coordinare le attività, migliorando la complementarità tra iniziative locali e nazionali
- Ecosistema pubblico-privato strutturato. Finanziare la creazione di un ecosistema che coinvolga centri di ricerca, università e imprese, promuovendo una collaborazione coordinata e continua tra settore pubblico e privato
- Industrializzazione e imprenditorialità. Promuovere lo sviluppo di una filiera nazionale delle tecnologie quantistiche, incentivando la nascita di startup competitive e valorizzando le competenze esistenti
- Accesso a tecnologie e infrastrutture critiche. Assicurare l’accesso a infrastrutture essenziali per la competitività e la sicurezza nazionale, coordinando gli investimenti con quelli europei per garantire un’autonomia tecnologica strategica
- Sviluppo di una forza lavoro qualificata. Formare esperti nel campo delle tecnologie quantistiche, creando un mercato attrattivo per talenti nazionali ed esteri e rafforzando la filiera industriale del settore
- Conoscenza e consapevolezza su opportunità e rischi. Definire programmi per informare le imprese sui benefici e rischi delle tecnologie quantistiche, incrementando la loro consapevolezza e preparazione
- Cooperazione internazionale. Promuovere la collaborazione internazionale per garantire la competitività europea nel settore delle tecnologie quantistiche, contribuendo attivamente a politiche e strategie a livello europeo.
Il futuro delle tecnologie quantistiche in Italia
Il percorso delineato dalla strategia offre una roadmap per consolidare il ruolo del Paese nelle tecnologie quantistiche e garantire un futuro tecnologico sicuro e competitivo.
“Investire in queste tecnologie significa non solo cogliere un’opportunità di crescita economica e industriale, ma anche rafforzare la sicurezza nazionale e contribuire al progresso scientifico globale”, si legge nel documento.
Progetti di sviluppo e innovazione
Tra i progetti di sviluppo e innovazione già avviati nel nostro Paese segnaliamo la rete nazionale permanente di comunicazione quantistica multi-nodi metropolitana che collega il nodo della Italian Quantum Backbone (IQB) di Pozzuoli con il Campus Universitario Federico II di San Giovanni a Teduccio, presente presso il Centro di Competenza Meditech, e i Laboratori di Leonardo a Pomigliano – Aerotech Campus (NA).
Questa rete rappresenta un banco di prova fondamentale per nuovi protocolli di telecomunicazione e per la trasmissione di dati sensibili in settori cruciali come la telemedicina e la gestione di infrastrutture critiche.
Il progetto, sostenuto e coordinato dal Mimit attraverso il Competence Center Meditech 4.0, vede la collaborazione di università, centri di ricerca e importanti aziende italiane, ponendosi come un punto di riferimento per sperimentazioni industriali e lo sviluppo di sinergie tra tecnologie quantistiche, cybersecurity e sistemi di trasmissione avanzati.
Il ruolo delle PMI e delle startup
Il divario di investimenti tra l’Italia e gli altri Paesi UE si riflette anche nella presenza di PMI e startup che operano nel campo delle tecnologie quantistiche.
In confronto ai principali leader globali, come gli Stati Uniti con 102 aziende e il Canada con 39, l’Italia presenta un numero limitato di startup, con solo 13 aziende native nel settore. Questo la posiziona al pari di paesi come Giappone e Paesi Bassi, ma comunque distante dai leader europei come Regno Unito e Germania, che contano rispettivamente 35 e 28 aziende. Nonostante questa disparità, la distanza appare colmabile.
La strategia italiana per le tecnologie quantistiche mira proprio a colmare questo divario, evidenziando l’importante ruolo di PMI e startup nel tradurre le scoperte accademiche in prodotti e servizi commerciali.
