Usi militari delle tecnologie quantistiche: un’introduzione critica

 

di Matteo Fantoni e Federico Oliveri 

Lo Stockholm International Peace Research Institute (SIPRI), centro di ricerca internazionale specializzato nello studio dei conflitti, dei sistemi d’arma e della spesa mondiale in armamenti, ha pubblicato a marzo scorso un Background Paper dedicato agli usi militari delle tecnologie quantistiche.  

Curato da Michal Krelina, ricercatore presso il Centro e la Czech Technical University di Praga, nonché cofondatore di un’azienda di sicurezza quantistica, il Paper fornisce una panoramica concisa della tecnologia quantistica di interesse militare, inserendola nel quadro più ampio delle sfide attuali alla pace e alla sicurezza internazionali e avanzando raccomandazioni per i decisori politici. Questo articolo parte dalle analisi contenute nel Paper per offrire un’introduzione critica agli usi militari delle tecnologie quantistiche.

 

Dalla prima alla seconda rivoluzione quantistica 

La tecnologia quantistica affonda le sue radici nelle teorie fisiche rivoluzionarie elaborate all’inizio del XX secolo per interpretare il comportamento inatteso e sorprendente delle particelle elementari, come gli elettroni e i fotoni.  

Gli scienziati protagonisti di questa svolta epocale, tra cui Max Planck, Niels Bohr, Werner Heisenberg ed Erwin Schrödinger, hanno cambiato per sempre la visione classica della fisica: le leggi che governano la materia a livello di atomi e particelle differiscono radicalmente da quelle che osserviamo nel mondo fisico in cui viviamo. 

Queste scoperte hanno innescato quella che oggi viene definita la “prima rivoluzione quantistica”. Attraverso la manipolazione del comportamento di un elevato numero di particelle sono emerse tecnologie dirompenti: la fissione nucleare con le sue applicazioni in campo energetico e militare, lo sviluppo dei laser – oggi utilizzati in settori che vanno dalla medicina alla difesa, dai sistemi di scansione alle telecomunicazioni – e la realizzazione dei semiconduttori alla base dell’elettronica e dell’informatica.  

La “seconda rivoluzione quantistica” si distingue dalla prima per la capacità di manipolare, controllare e ingegnerizzare le proprietà quantistiche delle singole particelle subatomiche, come la sovrapposizione e l’entanglement, sfruttandole per sviluppare nuove tecnologie. Questi utilizzi dei “quanti” hanno aperto campi applicativi inediti, come il calcolo quantistico, la comunicazione quantistica sicura e la sensoristica quantistica di precisione, con potenziali applicazioni rivoluzionarie in svariati settori, tra cui quello militare. 

 

Calcolo quantistico 

Il calcolo quantistico sfrutta le leggi della meccanica dei quanti per superare i limiti dei computer digitali. L’unità di calcolo di base è qui il qubit: a differenza del bit tradizionale, che può esistere solo in un solo stato alla volta (0 o 1, circuito senza e con tensione), il qubit può esistere in una combinazione di entrambi gli stati simultaneamente, consentendo di svolgere molti più calcoli in parallelo.  

L’informatica quantistica sfrutta anche un’altra proprietà dei quanti, ossia l’entanglement: un legame quantistico che correla istantaneamente lo stato di più qubit a distanza.  

I computer quantistici sfruttano queste proprietà per svolgere calcoli in un tempo assai minore dei computer digitali anche più potenti. Ciò consente di risolvere in modo efficiente problemi complessi, dalla modellizzazione di nuovi farmaci e materiali alla crittografia, dalle previsioni meteo all’ottimizzazione di problemi logistici. 

Questo grande potenziale si scontra, tuttavia, con vari problemi tuttora aperti. A causa della “decoerenza”, in particolare, un sistema quantistico tende a perdere le proprietà della sovrapposizione e dell’entanglement nell’interazione con l’ambiente circostante: gli attuali qubit mantengono la coerenza per microsecondi o millisecondi, rendendo difficile eseguire algoritmi complessi prima che il sistema si degradi. 

 

Comunicazioni quantistiche 

L’entanglement e la sovrapposizione degli stati quantistici hanno usi notevoli anche nel campo delle comunicazioni, specie in termini di maggiore sicurezza. Le peculiari caratteristiche dei quanti permettono, ad esempio, di creare sistemi crittografici fisicamente inviolabili. Il principio fondamentale è che qualsiasi tentativo di intercettare un messaggio quantistico altera inevitabilmente lo stato delle particelle coinvolte, rivelando così la presenza di un intruso. Questo approccio rappresenta un salto qualitativo notevole rispetto alla crittografia tradizionale. 

Le reti quantistiche, inoltre, mirano a realizzare una forma di comunicazione sicura su larga scala. L’utilizzo di satelliti dedicati e fibre ottiche speciali permette già oggi esperimenti di trasmissione a distanza, sebbene le sfide tecniche rimangano significative, soprattutto per quanto riguarda il mantenimento degli stati quantistici su lunghe distanze.  

In futuro l’applicazione delle proprietà quantistiche in questo ambito potrebbe condurre a un internet quantistico in grado di trasmettere informazioni con livelli di sicurezza e velocità oggi inimmaginabili. 

 

Sistemi quantistici di visione e rilevamento 

Le proprietà uniche dei quanti possono essere utilizzate anche per ottenere prestazioni di visualizzazione e rilevamento impossibili con le tecnologie classiche.  

L’imaging a super-risoluzione, ad esempio, può utilizzare fotoni entangled per distinguere dettagli più fini di quanto consentito dal limite di diffrazione classico. Ciò potrebbe rivoluzionare campi come la microscopia biologica o l’osservazione astronomica. Particolarmente significativo è l’imaging a bassissima luce, dove i rivelatori quantistici possono ricostruire immagini con pochissimi fotoni, utile per osservazioni in condizioni estreme o per ridurre l’esposizione in diagnostica medica. 

Un LIDAR (Light Detection and Ranging) quantistico potrebbe rilevare oggetti non solo in condizioni di scarsa illuminazione, ma anche attraverso gli ostacoli, come nel caso delle telecamere around-the-corner o “a vista indiretta”, che possono ricostruire immagini di oggetti o persone senza una linea visiva diretta.  

 

Usi militari delle tecnologie quantistiche 

Le tecnologie quantistiche, qui rapidamente descritte, consentono numerosi usi militari: si può affermare, anzi, che siano intrinsecamente dual use. In particolare, esse potrebbero migliorare la sicurezza delle comunicazioni, ottimizzare il coordinamento delle azioni in contesti complessi in rapido cambiamento, salvaguardare le reti di “comando e controllo” da minacce informatiche anche molto sofisticate.  

I computer quantistici potrebbero pianificare missioni e ottimizzare operazioni logistiche complesse, simulare materiali avanzati per armamenti, analizzare grandi volumi di dati a fini di intelligence in tempi estremamente ridotti rispetto ai computer digitali, supportare sistemi d’arma autonomi. Ma soprattutto, potrebbero rivoluzionare la crittografia, sia rompendo gli attuali sistemi crittografici, sia creando nuovi algoritmi inviolabili.  

Si tratta di sviluppi ambivalenti e problematici. Se, ad esempio, un avversario o un attore malevolo ottenesse o sviluppasse un computer quantistico abbastanza potente, potrebbe decifrare comunicazioni criptate, accedere a dati sensibili (militari, finanziari, governativi) e compromettere infrastrutture critiche. Per questo sono già in corso ricerche ed esperimenti sulla “crittografia post-quantistica”, ossia su algoritmi resistenti agli attacchi quantistici. 

Le tecnologie di comunicazione quantistica, come il Quantum Key Distribution (QKD), permetterebbero di creare canali di comunicazione sicuri, teoricamente immuni a intercettazioni: si tratterebbe di un’applicazione cruciale per trasmissioni militari sensibili, come ordini di comando o informazioni strategiche, o per sistemi di pilotaggio da remoto o del tutto autonomi. Un esperimento del 2024, ad esempio, ha applicato con successo il QDK al pilotaggio di veicoli aerei senza equipaggio: l’autore del Paper ritiene che questo esperimento mostri come le tecnologie quantistiche possano produrre comunicazioni sicure in ambienti militari mobili e implementare reti di comunicazione resistenti alle minacce informatiche. 

Anche il rilevamento e l’imaging quantistico offrono applicazioni militari rilevanti, migliorando significativamente il modo in cui si raccolgono e analizzano grandi quantità di immagini in tempo reale, all’interno di ambienti estremi, ostili e complessi.  

In particolare, queste tecnologie possono implementare sistemi di navigazione non-GNSS, ossia non basati sul Sistema Globale di Navigazione Satellitare ma su sensori inerziali quantistici o sulla mappatura delle anomalie magnetiche. Ciò consentirebbe a sottomarini, droni o veicoli autonomi di ovviare alle operazioni di disturbo e falsificazione dei segnali portate avanti dagli avversari, ma anche di sfuggire al loro rilevamento. 

Esse possono anche rilevare ostacoli con precisione in qualsiasi condizione atmosferica, una funzione essenziale per il pilotaggio autonomo di droni, e possono individuare i cosiddetti bersagli stealth, progettati per essere difficili da rilevare dai sistemi radar e di sorveglianza tradizionali. 

 

Collaborazioni internazionali  

Per evitare che un avversario ottenga un vantaggio decisivo nella tecnologia quantistica, diversi Stati stanno adottando misure preventive. Ad esempio, gli Stati Uniti, attraverso il Dipartimento della Difesa ed il suo Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), hanno imposto controlli sulle esportazioni di tecnologia di calcolo quantistico, inclusi software e componenti chiave. Il Dipartimento del Tesoro ha, inoltre, vietato specifici investimenti statunitensi nel settore quantistico cinese, per limitare i progressi della Cina che potrebbero rafforzare le sue capacità militari e di intelligence. Anche la Cina ha rafforzato il controllo sulla ricerca interna e limitato le collaborazioni estere in aree sensibili. 

La tecnologia quantistica sta plasmando anche nuove alleanze e cooperazioni internazionali, come la Quantum Flagship dell’Unione Europea e l’iniziativa EuroQCI: un’infrastruttura di comunicazione quantistica sicura, sia terrestre (fibra ottica) che spaziale (satelliti), promossa dalla Commissione in collaborazione con i 27 Stati membri e l’ESA, e integrata nel sistema satellitare IRIS per proteggere le comunicazioni critiche in tutto il territorio dell’Unione compresi quelli d’oltremare. 

Collaborazioni simili emergono nell’ambito dell’alleanza militare trilaterale AUKUS tra Australia, Regno Unito e Stati Uniti, nel quale tecnologie quantistiche come il rilevamento e le comunicazioni sicure costituiscono un punto focale.  

Nonostante Cina, India e Russia abbiano da tempo lanciato programmi quantistici nazionali, e la Cina in particolare abbia sviluppato un satellite quantistico per la trasmissione dati, recenti iniziative tra i membri del BRICS suggeriscono una crescente cooperazione in materia. 

 

Destabilizzazione dell’attuale quadro strategico-normativo 

L’importanza strategica delle tecnologie quantistiche solleva questioni cruciali sul controllo degli armamenti e sul rispetto del diritto internazionale. I quadri normativi attuali non tengono pienamente conto dei rischi connessi all’uso militare di queste tecnologie, rendendo essenziale un monitoraggio costante e approfondito per garantire che le innovazioni quantistiche non eccedano l’attuale quadro normativo. 

L’accordo multilaterale di Wassenaar, il primo a carattere globale che controlla l’export sia di armi convenzionali sia di beni e tecnologie dual use, pur includendo già alcune tecnologie quantistiche nelle proprie liste di controllo, potrebbe non essere sufficiente per affrontare minacce specifiche, come la capacità di un futuro computer quantistico di violare la crittografia fin qui generalmente utilizzata. 

Con il rapido progredire delle tecnologie quantistiche, gli organismi internazionali e i governi potrebbero dover adottare nuovi trattati o aggiornare quelli esistenti per garantire la pace e la sicurezza internazionali. Al tempo stesso, la loro natura intrinsecamente dual use solleva sfide notevoli per la regolamentazione. 

A differenza di una competizione più equilibrata tra Cina e Stati Uniti, le asimmetrie quantistiche sono particolarmente evidenti in altre regioni, come nel confronto tra India e Pakistan, recentemente tornato al centro dell’attenzione mondiale per il riacutizzarsi del conflitto intorno al Kashmir.  

L’India, grazie alle sue infrastrutture di ricerca e a una disponibilità maggiore di risorse economiche, sta investendo massicciamente in progetti quantistici, dal calcolo alla QKD, mentre il Pakistan procede molto più lentamente. Questa disparità potrebbe accrescere le preoccupazioni per la sicurezza regionale, specialmente se i vantaggi indiani si traducessero in una cybersecurity superiore, in comunicazioni più sicure o nello sviluppo di armamenti avanzati.

La questione cruciale, da cui trarre lezioni generali, è se questa differenza nelle capacità quantistiche possa influenzare la postura nucleare di India e Pakistan: i progressi nel rilevamento quantistico potrebbero, ad esempio, migliorare la localizzazione dei sottomarini, facendo saltare l’equilibrio precario costituto dalla mutua deterrenza.

Le applicazioni militari delle tecnologie quantistiche, proprio perché offrono notevoli vantaggi, presentano criticità sostanziali che potrebbero esacerbare le tensioni internazionali e aumentare il rischio di conflitti. Un significativo vantaggio militare derivante dalle tecnologie quantistiche – come una superiorità nelle comunicazioni sicure o nella sorveglianza – potrebbe spingere un paese verso comportamenti più aggressivi, sentendosi meno vincolato dalla deterrenza convenzionale. Inoltre, la natura spesso opaca e difficilmente verificabile delle capacità quantistiche potrebbe portare a errori di valutazione e a escalation involontarie tra stati rivali, alimentando la sfiducia reciproca. 

In questo quadro, una delle maggiori preoccupazioni ridiede nella possibilità di una corsa agli armamenti quantistici: la prospettiva che un paese possa sviluppare capacità di decifrazione quantistica, in grado di compromettere le comunicazioni crittografate degli altri, potrebbe innescare una competizione simile a quella cui abbiamo assistito nel secondo dopo-guerra per le armi nucleari. 

 

La necessità di un’adeguata risposta regolativa

Affrontare queste criticità da un punto di vista politico-giuridico richiede un approccio multilaterale e proattivo.  

In primo luogo, è cruciale promuovere accordi internazionali di non proliferazione specifici per le tecnologie quantistiche militari, analogamente a quelli esistenti per le armi nucleari o per altri armamenti non convenzionali, mirati a limitare la ricerca, lo sviluppo e l’impiego di determinate applicazioni quantistiche offensive.  

In secondo luogo, è fondamentale incentivare la trasparenza e la condivisione di informazioni sulle capacità quantistiche militari, attraverso meccanismi di verifica e consultazione che possano ridurre l’incertezza reciproca e prevenire interpretazioni errate delle attività di ricerca e sviluppo in corso. 

Al tempo stesso, occorre integrare le tecnologie quantistiche nel quadro giuridico globale in materia di usi leciti della forza, come il diritto internazionale umanitario e le norme sulla cibersicurezza.  

In questo quadro, la “diplomazia scientifica” può e deve svolgere un ruolo chiave, come avvenuto dopo l’uso delle armi nucleari su Hiroshima e Nagasaki. Occorre coinvolgere la comunità scientifica internazionale nel dialogo sulle implicazioni etiche, giuridiche e di sicurezza delle tecnologie quantistiche militari, promuovendo una ricerca e un’innovazione responsabili orientate by design verso applicazioni pacifiche e verso la messa al bando degli usi militari incompatibili col diritto internazionale. 

Solo una risposta politico-giuridica e sociale di questo tipo, fondata sulla combinazione di strumenti normativi, misure di trasparenza e iniziative responsabili per governare la ricerca, lo sviluppo e l’impiego delle tecnologie quantistiche, potrà preservare la pace e la sicurezza internazionale. Specialmente in una fase, come quella attuale, di profonda crisi dell’ordine internazionale. 

 

Matteo Fantoni studia Scienze della Comunicazione all’Università di Pisa e svolge attualmente un tirocinio nella redazione di Scienza e Pace Magazine. 

Federico Oliveri insegna Informatica giuridica all’Università di Camerino ed è segretario di redazione della rivista online open access Scienza e Pace.