Quantum Computing: a new computational paradigm. The case of optimization problems

Il termine “Quantum Technologies” indica una classe di tecnologie ad alto contenuto innovativo in cui vengono utilizzati principi alla base della Meccanica Quantistica per manipolare attivamente gli stati quantistici della materia. Il Quantum Computing, campo pionieristico dell’informatica, ha introdotto un nuovo paradigma di calcolo che consente di incrementare esponenzialmente le capacità computazionali e di risolvere alcuni problemi complessi la cui soluzione non può essere determinata da sistemi classici, tecnologie HPC (High Performance Computing) ed Intelligenza Artificiale incluse. La tesi intende approfondire il tema del Quantum Computing, con particolare attenzione all’applicazione di tale tecnologia nella risoluzione di problemi di ottimizzazione. Saranno oggetto di analisi la formulazione QUBO (Quadratic Unconstrained Binary Optimization) e il Modello di Ising, mettendo in evidenza il loro utilizzo nel contesto dei problemi di ottimizzazione sopra menzionati. In aggiunta, si fornirà una panoramica sull’implementazione di tali modelli sui principali hardware quantistici, ovvero il Quantum Gate Array e il Quantum Annealer e sui metodi Quantum-Inspired, offrendo così una visione complessiva delle potenzialità di questa tecnologia. In conclusione, si procederà all’analisi di alcune applicazioni degli algoritmi di ottimizzazione discussi in questo lavoro, in relazione a problematiche finanziarie. Un rapporto redatto da McKinsey & Co. evidenzia che il settore finanziario è destinato a essere il primo a trarre vantaggio dal calcolo quantistico, non solo nel medio e lungo termine, ma anche nel breve periodo. Una vasta gamma di questionifinanziarie inerenti all’ottimizzazione potrebbe beneficiare significativamente di queste tecniche, con particolare riferimento all’ottimizzazione del portafoglio (Portfolio Optimization) e all’Identificazione della Solvibilità Creditizia, argomenti che saranno esaminati nel presente elaborato.