PNRR e quantum computing: 320 milioni di euro per il centro nazionale sul supercalcolo

A cura di:
Marina Natalucci – Direttrice dell’Osservatorio Quantum Computing & Communication

PNRR e Quantum Computing
Nel corso degli ultimi anni, in diversi paesi del mondo, il Quantum Computing è entrato a far parte delle strategie governative di investimento in ricerca pubblica. I centri di ricerca svolgono un ruolo fondamentale per lo sviluppo della tecnologia, oggi ancora in una fase prototipale, e molto spesso lavorano a stretto contatto con le imprese, con l’obiettivo comune di promuoverne l’industrializzazione.
Solo recentemente anche l’Italia ha iniziato a muovere i primi passi in questa direzione grazie agli investimenti del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR), in particolare all’interno della missione 4 dedicata ad “Istruzione e Ricerca” con un finanziamento complessivo di 30 miliardi di euro.
All’interno di questa missione, la componente “Dalla ricerca all’impresa” (M4C2) stanzia 11,44 miliardi di euro a sostegno della Ricerca e Sviluppo, con tre linee d’intervento che coprono l’intera filiera del processo: dalla ricerca di base al trasferimento tecnologico. Una di queste direzioni d’azione pone particolare focus sulla necessità di una maggiore sinergia tra università ed imprese, promuovendo la diffusione di modelli innovativi per la ricerca di base e applicata. In quest’ambito, si inserisce il Quantum Computing tra le tecnologie abilitanti su cui potenziare le strutture di ricerca e creare dei “campioni nazionali” di ricerca e sviluppo.

Per comprendere le ragioni della rilevanza data al Quantum Computing, è necessario fare un passo indietro a gennaio 2021, quando il Programma Nazionale per la Ricerca 2021-2027 (PNR) promosso dal Ministero dell’Università e della Ricerca definisce le tecnologie quantistiche come una priorità di investimento, pronosticando una futura distinzione fra i paesi che avranno e non avranno accesso diretto a questo tipo di tecnologie, con conseguenti gravi problemi di dipendenza per le infrastrutture strategiche e di sicurezza nazionale.
Successivamente nel luglio 2021, il PNRR, riprendendo il concetto di tecnologie chiave per lo sviluppo del paese, stanzia 1,6 miliardi di euro allo scopo di creare centri nazionali di ricerca su temi di importanza critica. Tra queste Key Enabling Technologies figura anche il Quantum Computing, insieme ad altri trend di ricerca innovativi quali ad esempio biopharma, agritech, fintech e mobilità sostenibile.
La selezione definitiva delle tematiche è avvenuta attraverso un bando competitivo a cui hanno partecipato consorzi nazionali guidati da un soggetto leader coordinatore. Il bando, conclusosi il 15 febbraio 2022 e con annuncio dei risultati lo scorso 15 giugno, ha portato alla nascita di 5 Centri Nazionali su altrettanti temi innovativi: Simulazioni, calcolo e analisi dei dati ad alte prestazioni; Agritech; Sviluppo di terapia genica e farmaci con tecnologia a Rna; Mobilità sostenibile; Biodiversità.
La struttura di ogni centro di ricerca nazionale è del tipo “hub and spoke”, ovvero un nucleo di funzioni amministrative centralizzate e funzioni di ricerca parzialmente decentralizzate. Elemento essenziale di ogni centro è il coinvolgimento di soggetti privati e il supporto a start-up e spin off; complessivamente, infatti i 5 centri nazionali vedono 144 soggetti coinvolti tra università, enti di ricerca e imprese: sarà la prima volta che i sistemi pubblico e privato collaboreranno in modo così sinergico e a carattere nazionale. Particolare attenzione verrà data, inoltre, alla creatività e alle competenze di giovani ricercatori, alla parità di genere e alla valorizzazione delle risorse del Mezzogiorno: ogni centro nazionale riceverà circa 320 milioni di euro con una quota riservata al Sud tra il 40 e il 45%.
In particolare, il Centro Nazionale per HPC, Big Data and Quantum Computing, con sede a Casalecchio di Reno (Bologna), sarà guidato dall’Istituto nazionale di fisica nucleare (INFN). Tale centro nazionale mette insieme 49 partecipanti, di cui 15 imprese e 34 tra università ed enti pubblici di ricerca. Tra i nomi delle aziende partecipanti figurano ad esempio Ferrovie dello Stato Italiane, Eni, Intesa Sanpaolo e Sogei mentre tra le università e i centri di ricerca ritroviamo, oltre al Politecnico di Milano, la Sapienza Università di Roma, l’Università degli Studi di Padova, l’Università degli Studi di Napoli Federico II e il CINECA – Consorzio Interuniversitario sul supercalcolo.

Il confronto con gli altri paesi del mondo
Il Quantum Computing, basato sull’utilizzo del bit quantistico per accelerare la computazione, trasformerà radicalmente il mondo dell’informatica e in particolare la risoluzione di problemi complessi, come quelli di ottimizzazione con molte variabili in gioco, la simulazione di sistemi fisici e molecolari, la classificazione di dati all’interno di grandi database o il riconoscimento di pattern. Tale tecnologia potrà trovare applicazione in svariati settori e modelli di business, dal farmaceutico al finanziario, dal machine learning alla cybersecurity.
Sebbene la tecnologia dei quantum computer non sia ancora matura, la ricerca è in rapido progresso dal punto di vista dell’hardware e del software. Infatti, il mondo della ricerca pubblica e privata sta esplorando diverse tecnologie e architetture per la costruzione di un computer quantistico su larga scala e, nonostante le roadmap dichiarate guardino al medio-lungo termine, si sta già lavorando alla componente software e agli ambienti di sviluppo.
I fondi del PNRR sono un’occasione importante per valorizzare l’ecosistema di ricerca italiano, in realtà già attivo da tempo sul tema in modo diffuso sul territorio. La creazione di una rete di attori, che coinvolga enti di ricerca e imprese, è un grande passo per non restare indietro rispetto ai principali attori internazionali che, prima dell’Italia, si sono attivati con strategie coordinate a livello nazionale e con investimenti di scala più ampia.  
Ad esempio, sul panorama europeo la Germania ha lanciato un programma quantistico nel 2018, consolidato poi nel 2020, con un budget di 2,2 miliardi di euro in dieci anni mentre la Francia nel 2021 ha presentato un piano strategico nazionale con un investimento di 1,8 miliardi di euro in cinque anni.
A livello internazionale, l’investimento più rilevante è quello della Cina, stimato intorno ai 10 miliardi di dollari fino al 2030. Gli Stati Uniti sono attivi dal 2018 con un budget di 1,2 miliardi di dollari in cinque anni e il Canada, attivo da più di 10 anni sul tema, ha già investito più di 766 milioni di dollari in ricerca quantistica.
Affinché l’Italia e l’Europa giochino un ruolo attivo nello sviluppo delle tecnologie quantistiche, è importante indirizzare sforzi congiunti e ben coordinati a livello comunitario e nazionale. L’Europa ha già lavorato molto in questa direzione con la Quantum Technologies Flagship, un’ambiziosa iniziativa di ricerca dell’Unione, lanciata nel 2018. Con un budget di 1 miliardo di euro in dieci anni, tale progetto è volto alla creazione di un quantum network con l’obiettivo di favorire la collaborazione tra istituzioni, centri di ricerca, industrie e policy maker in uno sforzo senza precedenti. Nel 2018, l’Europa ha inoltre lanciato lo European High Performance Computing Joint Undertaking (EuroHPC JU) per creare un ecosistema europeo di supercalcolo. Al confine tra queste due iniziative ve ne è una terza, la European Quantum Computing & Simulation Infrastructure (EuroQCS) con l’obiettivo di creare un’infrastruttura ibrida classico-quantistica, dove il calcolo quantistico possa accelerare i convenzionali supercomputer, garantendo accesso da remoto ai calcolatori quantistici.
Gli sforzi di ricerca nel campo delle tecnologie quantistiche hanno orizzonti temporali molto lunghi, dai 5 ai 10 anni a seconda del paese di riferimento, e puntano anche all’integrazione tra infrastrutture classiche e quantistiche. È difficile prevedere quando vedremo delle applicazioni pratiche, ma di certo l’avvento di questa tecnologia sarà un progresso storico, con significativi impatti sistemici a livello economico e occupazionale. È fondamentale, dunque, che il tema sia all’attenzione governativa e che si parta proprio dalla creazione di un ecosistema che unisca privato e pubblico con obiettivi sinergici.