05/10/22 Nobel ai pionieri dei computer quantistici
Quest’anno il Nobel per la fisica è stato assegnato a quattro pionieri nel campo del computer quantistico. È un riconoscimento molto importante che segna l’uscita del computer quantistico dalla sua infanzia e l’avvio ad un utilizzo reale.
Spiegare cosa e’ un computer quantistico non è facile. Bisogna rifarsi al famoso paradosso del gatto di Schrodinger che chiuso in una scatola potrebbe essere contemporaneamente sia vivo che morto . Mentre l’elettronica dei computer attuali e’ binaria cioè costruita attorno al BIT che può avere valore 0 oppure 1, quella del computer quantistico si basa sul QBIT che può assumere contemporaneamente valore Uno ma anche Zero. Sinceramente non ho capito come funziona il tutto ma questo dovrebbe portare a potenze di calcolo inimmaginabili.
C’e’ in atto una corsa allo sviluppo dei computer quantistici soprattutto fra Usa e Cina con grossissimi investimenti nella ricerca perché chi ci arriverà per primo avrà in mano un’arma strategica per il dominio del mondo. Pensate alla corsa alla bomba atomica fra America e Germania durante la seconda guerra mondiale o fra America e Russia dopo.
OK ma come possiamo investirci? Al solito ci troviamo nel momento magmatico di nascita di un nuovo mercato che si stima fra pochi anni avrà dimensioni miliardarie.
Attualmente lo sviluppo commerciale del quantum computer è diviso fra grandi società già affermate che però fanno altro, Start Up nate nelle università che per il momento vanno avanti a finanziamenti pubblici e società da poco quotatesi in borsa che però ancora non hanno ricavi significativi.
Esaminiamone alcune.
IBM (NYSE: IBM)
La “nonna” delle società di computer, l’unica che è riuscita a sopravvivere agli sconvolgimenti che ha avuto il mercato dell’informatica gli ultimi sessant’anni. Ultimamente la sua stella si era un po’ appannata perché rimasta ferma sui mainframe – i grossi computer per le grossissime aziende – mentre il mercato si spostava sul Cloud. Due anni fa ha cambiato l’amministratore delegato che fra le altre cose ha scelto di investire pesantemente nella quantistica. Per ora offre accesso tramite cloud ai suoi computer quantistici superconduttori e dichiarano di avere il maggior numero di computer quantistici operativi al mondo (20 nelle sedi aziendali più molti altri in tutto il mondo).
QUANTINUUM (privata)
e’ nata dalla fusione da parte di Honeywell della sua divisione quantistica con Cambridge Quantum Computer uno spin-off universitario. E’ ad oggi la più grande società di quantum computing con offerta integrata di hardware e software. Avere alle spalle un colosso come Honeywell non guasta. Se il mercato migliora dovrebbe essere portata in borsa con una IPO
IONQ (NASDAQ: IONQ)
IonQ è stata fondata nel 2015 da Christopher Monroe e Jungsang Kim con una licenza per la tecnologia di base dell’Università del Maryland e della Duke University. L’azienda costruisce computer quantistici con la sua tecnologia Ion Trap di base e attualmente li offre direttamente a partner selezionati o dando l’accesso ai suoi computer quantistica tramite fornitori di servizi (QCaaS) come Google (GCP), Microsoft (Azure) e Amazon (AWS)
RIGETTI (NASDAQ: RGTI)
Rigetti è stata fondata nel 2013 da Chad Rigetti e afferma di essere la prima società di calcolo quantistico “universale”. L’azienda costruisce computer quantistici superconduttori e li fornisce attraverso la propria piattaforma di servizi cloud e tramite i fornitori QCaaS.
QUANTUM COMPUTING INC (NASDAQ: QUBT)
Quantum Computing Inc (QCI) è stata fondata nel 2018 con la visione di rendere la tecnologia di calcolo quantistico più accessibile agli esperti non quantistici. Il suo prodotto principale, “Qatalyst”, è un software quantistico e classico pronto all’uso per i calcoli di ottimizzazione.
D-WAVE (NASDAQ: QBTS )
D-Wave è una società canadese di calcolo quantistico fondata nel 1999. L’azienda ha lanciato il D-Wave One nel 2011, che è descritto come il primo computer quantistico disponibile in commercio. Mentre storicamente i sistemi D-Wave si sono concentrati sulla ricottura quantistica, l’azienda ha annunciato che stava anche lavorando sul calcolo quantistico basato su gate- alla fine del 2024
Foglio con le quotazioni delle azioni indicate nel post
28/11/23 Tech.eu: Oxford Quantum Circuits raccoglie 100 milioni di dollari per il calcolo quantistico come servizio.
La società ha anche annunciato la disponibilità pubblica di OQC Toshiko, la prima piattaforma di calcolo quantistico enterprise-ready al mondo.
Oggi Oxford Quantum Circuits (OQC), una società di calcolo quantistico come servizio (QCaaS), ha annunciato che il fondo VC giapponese SBI Investment, il principale fondo VC del Giappone, sta guidando un giro di raccolta fondi da 100 milioni di dollari di OQC.
Annunciato al Global Investment Summit, il round in corso è la più grande serie B di sempre nel Regno Unito nell’informatica quantistica, consentendo una ricerca e sviluppo leader del settore che apre la strada al vantaggio quantistico e promuove la capacità di OQC di portare piattaforme di prossima generazione di centinaia di qubit alle aziende a livello globale.
Prima della serie B, OQC ha raccolto 41 milioni di sterline, compresa la più grande serie A nel quantum nel Regno Unito all’epoca.
Oltre a SBI Investment, i finanziatori includono Oxford Science Enterprises (OSE), University of Tokyo Edge Capital (UTEC), Lansdowne Partners e OTIF, agito dal manager Oxford Investment Consultants (OIC).
La società ha anche annunciato la disponibilità pubblica di OQC Toshiko, la prima piattaforma di calcolo quantistico enterprise-ready al mondo.
Presentazione di OQC commerciale Toshiko
OQC Toshiko è una potente piattaforma a 32 qubit di nuova generazione distribuita nei centri dati commerciali, che consente un accesso sicuro e facile per i clienti. La piattaforma è particolarmente importante per i clienti che gestiscono dati sensibili in settori come i servizi finanziari, i prodotti farmaceutici, l’energia, la difesa e il governo.
Portare il quantum nei data center consente di offrire al mercato l’informatica ibrida, l’informatica quantistica integrata e ad alte prestazioni.
Commentando la notizia, Ilana Wisby, amministratore delegato di OQC, ha dichiarato:
“Per risolvere le sfide più urgenti del mondo – dal cambiamento climatico alla scoperta accelerata di farmaci – dobbiamo mettere i computer quantistici nelle mani dell’umanità e a portata di mano delle nostre menti più brillanti.
Siamo orgogliosi di essere pionieri del quantum pronto per l’impresa con i nostri clienti, partner e investitori”.
Yoshitaka Kitao, direttore rappresentativo, presidente, presidente e amministratore delegato di SBI Holdings, Inc., una società madre interamente controllata da SBI Investment Co., Ltd., ha dichiarato:
“Il calcolo quantistico è un punto di svolta per i servizi finanziari e molti altri settori, sbloccando potenza, velocità e precisione senza precedenti che ridefiniranno il panorama industriale.
Come principale società di venture capital giapponese, SBI Investment è orgogliosa di guidare un round di serie B da 100 milioni di dollari di OQC, un leader globale nell’informatica quantistica”.
Immagine principale: Oxford Quant
25/09/23 Forbes: Questa startup di Quantum Computing sta spiazzando Google e IBM con un nuovo approccio tecnico
Atlantic Quantum, uno spin off di MIT, ha sviluppato un nuovo tipo di architettura quantistica che è più facile da scalare.
Atlantic Quantum, una giovane startup che sta costruendo computer quantistici – macchine in grado di elaborazione delle informazioni avanzate e ad alta velocità – ha pubblicato lunedì una nuova ricerca che mostra che l’architettura dei circuiti alla base del suo computer quantistico produce molti meno errori rispetto allo standard industriale utilizzato nei computer quantistici costruiti da IBM e Google.
Mentre sono ancora diversi anni lontani dalle applicazioni del mondo reale, i computer quantistici possono essere utilizzati per risolvere alcuni problemi complessi più velocemente e meglio dei computer che usiamo oggi: dalla scoperta avanzata di farmaci alla costruzione di batterie più leggere ai protocolli di crittografia di cracking. Ha anche il potenziale di applicazione in aree come la previsione del tempo e la previsione dei cambiamenti nel mercato azionario. Ma questo può accadere solo dopo aver superato alcuni importanti ostacoli hardware, afferma il CEO di Atlantic Quantum Bharath Kannan, che ha co-fondato la startup dal MIT l’anno scorso e ha raccolto 9 milioni di dollari in finanziamenti di avviamento.
Un componente chiave che è alla base di un computer quantistico è un “qubit”, un circuito superconduttore in alluminio o un “interruttore elettrico” costruito su chip di silicio che codifica le informazioni. Ma gli scienziati stanno lottando per strutturare un qubit che può essere scalato fino al punto in cui farà meglio del calcolo convenzionale. L’obiettivo di Atlantic Quantum è affrontare proprio questo, e si sta avvicinando, dice Kannan.
“Con il quantum sai, non è davvero una questione di se i computer quantistici saranno in grado di farlo, è una questione di quando, e, ed è quello che dobbiamo fare. Dobbiamo solo assicurarci che il quando non sia tra 50 anni”, dice.
Finora, l’architettura tecnologica sperimentata dalla startup produce una precisione del 99,9% per un circuito a due-qubit. Alla fine, saranno necessari diversi milioni per lavorare in tandem per raggiungere velocità più veloci dei computer convenzionali, per dare un’idea di dove si trova l’industria, il computer quantistico con il maggior numero di qubit costruiti finora, da IBM, ha solo 433. Ma il cofondatore e ricercatore principale Leon Ding dice che i risultati della sua ricerca sono notevoli perché presenta un’architettura qubit che è la prima grande alternativa ai circuiti standard utilizzati dal 2007. Inoltre, tassi di errore più bassi potrebbero rendere i computer quantistici meno complessi e richiedere meno numeri di questi circuiti, dice. La prossima pietra miliare per la startup è aumentare il numero di qubit in uno dei suoi sistemi mantenendo meno errori.
Atlantic Quantum ha anche annunciato la scorsa settimana un contratto da 1,25 milioni di dollari con l’Air Force Research Laboratory per costruire processori quantistici per scopi di difesa nazionale. Altri punti salienti recenti per la startup in erba includono la sua prima struttura di ricerca e sviluppo a Cambridge, nel Massachusetts, dove un frigorifero a diluizione dall’aspetto lampadario alimenta i suoi computer quantistici, e a giugno ha aperto una filiale in Svezia per la fabbricazione di chip. Inoltre, il CEO Kannan afferma che le principali aziende tecnologiche come IBM e Google avranno difficoltà a recuperare i loro progetti, poiché la sua azienda controlla la maggior parte dei brevetti chiave per loro.
“Probabilmente dovrebbero, ma voglio dire, possediamo molto dell’IP intorno ad esso, quindi non possono”, dice. “Non è così facile, direi di sbatterare le dita e iniziare a usare quel qubit… È qui che si trova anche molte delle nostre IP chiave, è che abbiamo un modo di controllare questi qubit che è molto più semplice dello standard”.
07/09/23 Sole 24 Ore lo stato dell’arte
Secondo uno studio di McKinsey il valore economico generato nell’automotive, nella chimica, nelle scienze della vita e nei servizi finanziari potrebbe raggiungere 1.270 miliardi entro il 2035
Dai nuovi sistemi di guida autonoma ai trattamenti medici costruiti per mappare il genoma umano fino ai modelli previsionali di eventi climatici estremi: ecco le applicazioni del computing ad alte capacità, un business da 100 miliardi nel 2040. L’intelligenza artificiale generativa, certo. Ma non solo. Un posto importante nello scacchiere dei processi di innovazione che segnerà il corso del decennio lo rivendicano anche le tecnologie quantistiche. E il motivo è presto spiegato: il giro d’affari potenziale di questo comparto dovrebbe raggiungere i 106 miliardi di dollari nel 2040, rispetto ai circa dieci consolidati a fine 2022, mentre il valore economico che il computing quantistico potrebbe andare a generare ( nelle quattro industry più sensibili a recepirne i vantaggi, e cioè automotive, chimica, servizi finanziari e scienze della vita) è calcolato, nella sua proiezione migliore, in 1.270 miliardi di dollari entro il 2035. A dirlo è un recente studio di McKinsey che ha esplorato il futuro di questo mercato mettendo sotto osservazione principalmente due dimensioni: gli investimenti nelle start up ( 350 le realtà innovative che popolano questo ecosistema) e la tematica dei talenti. Se guardiamo alla prima, la crescita anno su anno dei finanziamenti raccolti dalle nuove imprese della quantistica si è fermata nel 2022 all’ 1% ma ha toccato quota 2,35 miliardi di dollari, la cifra più alta mai raccolta fino a oggi. Nella classifica degli investimenti pubblici, invece, i dati di McKinsey parlano chiaro: la Cina sopravanza gli altri Paesi con oltre 15 miliardi di dollari spesi per lo sviluppo delle tecnologie quantistiche mentre Europa e
Stati Uniti seguono con 8,4 e 3,7 miliardi rispettivamente ( gli Usa hanno però annunciato investimenti nel 2022 per 1,8 miliardi contro gli 1,2 miliardi della Ue).
Gli esperti della società americana hanno considerato tre diverse componenti e la più rilevante ( il 90% del giro d’affari previsto nel 2040 deriverà da questo segmento) è il quantum computing, e quindi i sistemi che sfruttano le leggi della meccanica quantistica per fornire un miglioramento esponenziale delle prestazioni delle applicazioni di analisi dei dati e per abilitare potenzialmente contesti di calcolo completamente nuovi. Non meno importanti, anche se meno impattanti a livello economico, sono le altre due “anime” del fenomeno mappate da McKinsey: le soluzioni di quantum communications che garantiscono il trasferimento crittografato delle informazioni e il cosiddetto quantum sensing, la nuova generazione di sensori che andranno a rilevare e misurare variabili di diversa natura con una sensibilità superiore rispetto a quella disponibile oggi.
Facile quindi intuire perché le capacità di elaborazione dati di queste tecnologie, a maggior ragione con il boom annunciato dell’intelligenza artificiale anche in ambito aziendale, siano viste come efficace strumento per rivoluzionare intere industrie, dalla medicina fino alla finanza passando per le telecomunicazioni. L’appeal delle start up quantistiche ( soprattutto quelle impegnate nello sviluppo dell’hardware, reti fotoniche e circuiti per il supercomputing) agli occhi degli investitori è dunque in aumento e non è un caso che quattro delle più importanti operazioni concluse dal 2001 a oggi siano state finalizzate lo scorso anno, toccando il punto massimo con il round da 500 milioni di dollari perfezionato dall’americana SoundboxAQ. C’è, per contro, anche un rovescio della medaglia: nel 2022 sono nate solo 19 nuove imprese specializzate in tecnologia quantistica rispetto alle 41 dell’anno precedente e il dato suggerisce che le attenzioni dei venture capital e del mondo corporate sia al momento destinato maggiormente alle realtà più consolidate e mature che non alle iniziative early stage non ancora pronte a scalare.
Secondo gli analisti, un possibile segnale di allarme circa la continuità di evoluzione della ricerca sulla tecnologia quantistica arriva dal numero di brevetti rilasciati nel corso del 2022, 1.589, in discesa del 61% rispetto a fine 2021. È diminuito inoltre del 5%, fra 2021 e 2022, anche il numero di articoli scientifici pubblicati sull’argomento ( l’Italia si fa comunque valere e si colloca sul podio europeo), a testimonianza del fatto che la strada da percorrere è ancora lunga e che la sfida di costruire computer quantistici con un numero di “qubit” ( quantum bit) sufficienti e un livello di affidabilità tale garantire elevatissime capacità di calcolo non affette da errori ( la “perdita” di fotoni) o malfunzionamenti è tutt’altro che vinta.
Il ruolo che possono giocare i talenti, in tal senso, risulta essere strategico. Lo studio conferma come le figure con competenze in materia quantistica possano guidare il settore verso nuove frontiere di applicazione della tecnologia e come, sebbene il numero complessivo di talenti pronti all’impiego sia ancora limitato, il divario fra domanda e offerta sia andato a ridursi nell’ultimo anno grazie all’impegno di molte università nel creare corsi di laurea dedicati ( il numero di atenei che offrono master in tecnologie quantistiche è quasi raddoppiato, passando dai 29 del 2021 ai 50 del 2022). C’è un problema di skill gap da colmare, insomma, ma le prospettive sembrano essere buone in virtù del sostanziale aumento dei laureati in tecnologie quantistiche (+ 55% l’anno passato) e del contributo offerto da chi ( e parliamo di 350mila soggetti nel mondo) sta affrontando il percorso di studi accademico in discipline affini alle tecnologie quantistiche ( biochimica, chimica, elettronica, matematica, statistica e fisica). Da sottolineare, in proposito, un dato: la Ue ospita il più alto numero di talenti specializzati in un ambito rilevante per la tecnologia quantistica.
Condividi via PressReader
Connettere le persone attraverso le notizie
22/06/23 TechCrunch : Microsoft si aspetta di costruire un supercomputer quantistico entro 10 anni
Frederic Lardinois@fredericl / 17:00 GMT+2•21 giugno 2023Commento
Crediti immagine: John Brecher per Microsoft
Microsoft ha annunciato oggi la sua tabella di marcia per costruire il proprio supercomputer quantistico, utilizzando i qubit topologici su cui i ricercatori dell’azienda lavorano da parecchi anni. Ci sono ancora molte pietre miliari intermedie da raggiungere, ma Krysta Svore, vicepresidente dello sviluppo quantistico avanzato di Microsoft, ci ha detto che l’azienda ritiene che ci vorranno meno di 10 anni per costruire un supercomputer quantistico utilizzando questi qubit che saranno in grado di eseguire un milione di operazioni quantistiche affidabili al secondo. Questa è una nuova misura che Microsoft sta introducendo mentre l’industria complessiva mira a superare l’attuale era del rumoroso calcolo quantistico su scala intermedia (NISQ).
“Pensiamo alla nostra tabella di marcia e al tempo per il supercomputer quantistico in termini di anni piuttosto che di decenni”, ha detto Svore.
L’anno scorso, Microsoft ha annunciato un importante passo avanti quando il suo team ha evidenziato per la prima volta la sua capacità di creare qubit basati su Majorana. I qubit Majorana hanno il vantaggio di essere molto stabili (soprattutto rispetto alle tecniche tradizionali) ma sono anche estremamente difficili da creare. Microsoft ha fatto una scommessa iniziale su questa tecnologia e ora, un anno dopo aver annunciato per la prima volta questa pietra miliare, il team sta pubblicando un nuovo documento peer-reviewed (nella Physical Review B dell’American Physical Society) che stabilisce che ha effettivamente raggiunto questa prima pietra miliare sulla sua strada verso un supercomputer quantistico. Per arrivare a questo punto, Microsoft ha mostrato risultati da più dispositivi e molti più dati rispetto a un anno fa, quando ha annunciato per la prima volta questo lavoro.
“Oggi siamo davvero a questo livello di implementazione fondamentale”, ha detto Svore. Abbiamo macchine quantistiche rumorose su scala intermedia. Sono costruiti attorno a qubit fisici e non sono ancora abbastanza affidabili per fare qualcosa di pratico e vantaggioso in termini di qualcosa di utile. Per la scienza o per l’industria commerciale. Il livello successivo a cui dobbiamo arrivare come industria è il livello resiliente. Dobbiamo essere in grado di operare non solo con qubit fisici, ma dobbiamo prendere quei qubit fisici e metterli in un codice di correzione degli errori e usarli come unità per servire come qubit logico”. Svore sostiene che per arrivare a questo punto, ci vorrà un computer quantistico in grado di eseguire quelle operazioni quantistiche affidabili al secondo e un tasso di fallimento di una per trilione di operazioni.
Il prossimo passo ora è costruire qubit protetti da hardware – e Svore ha detto che il team sta facendo grandi passi avanti nel suo lavoro per costruirli. Questi qubit saranno piccoli (meno di 10 micron su un lato) e abbastanza veloci da eseguire un’operazione di qubit in meno di un microsecondo. Dopo di che, il team prevede di lavorare per impigliare questi qubit e gestirli attraverso un processo chiamato brid, un concetto che è stato discusso (per lo più come teoria) almeno dai primi anni 2000.
Da lì, si arriva a costruire un sistema multiqubit più piccolo e dimostrare un sistema quantistico completo.
Questa è ovviamente una tabella di marcia ambiziosa, e dato quanto tempo ci è voluto a Microsoft per raggiungere anche il primo traguardo, dovremo aspettare e vedere quanto bene il team può ora eseguire. Con IBM, IonQ e altri che mirano a risultati simili – ma utilizzando metodi più consolidati per costruire i loro qubit – siamo in un po’ in una corsa agli armamenti in questo momento per andare oltre l’era NISQ.
Oltre a condividere la sua tabella di marcia, Microsoft ha anche annunciato oggi Azure Quantum Elements, la sua piattaforma per accelerare la scoperta scientifica combinando calcolo ad alte prestazioni, intelligenza artificiale e quantistica, nonché Copilot per Azure Quantum, un modello di intelligenza artificiale appositamente addestrato che può aiutare gli scienziati (e gli studenti) a generare calcoli e simulazioni relativi al quantum.
14/06/23 Times: Il progresso dell’informatica quantistica inizia una nuova era, afferma IBM
Un computer quantistico ha escogitato risposte migliori a un problema di fisica rispetto a un supercomputer convenzionale.
I computer quantistici oggi sono piccoli di portata computazionale: il chip all’interno del tuo smartphone contiene miliardi di transistor mentre il computer quantistico più potente contiene poche centinaia dell’equivalente quantistico di un transistor. Sono anche inaffidabili. Se esegui lo stesso calcolo più e più volte, molto probabilmente sforneranno risposte diverse ogni volta.
Ma con la loro intrinseca capacità di considerare molte possibilità contemporaneamente, i computer quantistici non devono essere molto grandi per affrontare alcuni problemi spinosi di calcolo, e mercoledì, i ricercatori IBM hanno annunciato di aver escogitato un metodo per gestire l’inaffidabilità in un modo che avrebbe portato a risposte affidabili e utili.
“Quello che IBM ha mostrato qui è davvero un passo incredibilmente importante in quella direzione per fare progressi verso una seria progettazione algoritmica quantistica”, ha detto Dorit Aharonov, professore di informatica all’Università Ebraica di Gerusalemme che non è stato coinvolto nella ricerca.
Mentre i ricercatori di Google nel 2019 hanno affermato di aver raggiunto la “supremazia quantistica” – un compito eseguito molto più rapidamente su un computer quantistico rispetto a uno convenzionale – i ricercatori di IBM affermano di aver raggiunto qualcosa di nuovo e più utile, anche se più modestamente chiamato.
“Stiamo entrando in questa fase dell’informatica quantistica che chiamo utilità”, ha detto Jay Gambetta, vicepresidente di IBM Quantum. “L’era dell’utilità.”
Un team di scienziati IBM che lavorano per il Dr. Gambetta ha descritto i loro risultati in un articolo pubblicato mercoledì sulla rivista Nature.
I computer di oggi sono chiamati digitali, o classici, perché si occupano di bit di informazioni che sono 1 o 0, acceso o spento. Un computer quantistico esegue calcoli su bit quantistici, o qubit, che catturano uno stato di informazione più complesso. Proprio come un esperimento mentale del fisico Erwin Schrödinger ha postulato che un gatto potrebbe essere in uno stato quantistico che è sia morto che vivo, un qubit può essere sia 1 che 0 contemporaneamente.
Ciò consente ai computer quantistici di fare molti calcoli in un solo passaggio, mentre quelli digitali devono eseguire ogni calcolo separatamente. Velocizzando il calcolo, i computer quantistici potrebbero potenzialmente risolvere problemi grandi e complessi in campi come la chimica e la scienza dei materiali che sono fuori portata oggi. I computer quantistici potrebbero anche avere un lato più oscuro minacciando la privacy attraverso algoritmi che rompono le protezioni utilizzate per le password e le comunicazioni crittografate.
Quando i ricercatori di Google hanno fatto la loro rivendicazione di supremazia nel 2019, hanno detto che il loro computer quantistico ha eseguito un calcolo in 3 minuti e 20 secondi che avrebbe richiesto circa 10.000 anni su un supercomputer convenzionale all’avanguardia.
Ma alcuni altri ricercatori, compresi quelli di IBM, hanno escluso l’affermazione, dicendo che il problema era stato artificioso. “L’esperimento di Google, per quanto impressionante, ed è stato davvero impressionante, sta facendo qualcosa che non è interessante per nessuna applicazione”, ha detto il dott. Aharonov, che lavora anche come chief strategy officer di Qedma, una società di calcolo quantistico.
Anche il calcolo di Google si è rivelato meno impressionante di quanto apparisse per la prima volta. Un team di ricercatori cinesi è stato in grado di eseguire lo stesso calcolo su un supercomputer non-quantum in poco più di cinque minuti, molto più velocemente dei 10.000 anni che il team di Google aveva stimato.
I ricercatori IBM nel nuovo studio hanno svolto un compito diverso, che interessa i fisici. Hanno usato un processore quantistico con 127 qubit per simulare il comportamento di 127 magneti a barre atom-scale – abbastanza piccoli da essere governati dalle regole spettrali della meccanica quantistica – in un campo magnetico. Questo è un sistema semplice noto come modello Ising, che viene spesso usato per studiare il magnetismo.
Questo problema è troppo complesso per calcolare una risposta precisa anche sui supercomputer più grandi e veloci.
Sul computer quantistico, il calcolo ha richiesto meno di un millesimo di secondo per essere completato. Ogni calcolo quantistico era inaffidabile – le fluttuazioni del rumore quantistico inevitabilmente si intromettono e inducono errori – ma ogni calcolo era rapido, quindi poteva essere eseguito ripetutamente.
Infatti, per molti dei calcoli, è stato deliberatamente aggiunto un rumore aggiuntivo, rendendo le risposte ancora più inaffidabili. Ma variando la quantità di rumore, i ricercatori potrebbero individuare le caratteristiche specifiche del rumore e i suoi effetti in ogni fase del calcolo.
“Pacciamo amplificare il rumore in modo molto preciso e poi possiamo eseguire di nuovo lo stesso circuito”, ha detto Abhinav Kandala, il responsabile delle capacità quantistiche e delle dimostrazioni presso IBM Quantum e autore del documento Nature. “E una volta che abbiamo i risultati di questi diversi livelli di rumore, possiamo estrapolare a quello che sarebbe stato il risultato in assenza di rumore”.
In sostanza, i ricercatori sono stati in grado di sottrarre gli effetti del rumore dai calcoli quantistici inaffidabili, un processo che chiamano mitigazione degli errori.
“Devi aggirarlo inventando modi molto intelligenti per mitigare il rumore”, il dott. Aharonov disse. “E questo è quello che fanno”.
Complessivamente, il computer ha eseguito il calcolo 600.000 volte, convergendo su una risposta per la magnetizzazione complessiva prodotta dai magneti da 127 bar.
Ma quanto è stata buona la risposta?
Per chiedere aiuto, il team IBM si è rivolto ai fisici dell’Università della California, Berkeley. Sebbene un modello Ising con magneti a 127 barre sia troppo grande, con troppe configurazioni possibili, per adattarsi a un computer convenzionale, gli algoritmi classici possono produrre risposte approssimative, una tecnica simile a come la compressione nelle immagini JPEG butta via meno dati cruciali per ridurre le dimensioni del file preservando la maggior parte dei dettagli dell’immagine.
Michael Zaletel, professore di fisica a Berkeley e autore del documento Nature, ha detto che quando ha iniziato a lavorare con IBM, pensava che i suoi algoritmi classici avrebbero fatto meglio di quelli quantistici.
“Si è rivelato un po’ diverso da quello che mi aspettavo”, il dott. Zaletel ha detto.
Alcune configurazioni del modello Ising possono essere risolte esattamente, e sia gli algoritmi classici che quelli quantistici hanno concordato gli esempi più semplici. Per le istanze più complesse ma risolvibili, gli algoritmi quantistici e classici producevano risposte diverse, ed era quella quantistica che era corretta.
Pertanto, per altri casi in cui i calcoli quantistici e classici divergevano e non si conoscono soluzioni esatte, “c’è motivo di credere che il risultato quantistico sia più accurato”, ha detto Sajant Anand, uno studente laureato a Berkeley che ha fatto gran parte del lavoro sulle approssimazioni classiche.
Non è chiaro che il calcolo quantistico sia indiscutibilmente il vincitore rispetto alle tecniche classiche per il modello Ising.
Il signor Anand sta attualmente cercando di aggiungere una versione della mitigazione degli errori per l’algoritmo classico, ed è possibile che possa eguagliare o superare le prestazioni dei calcoli quantistici.
“Non è ovvio che abbiano raggiunto la supremazia quantistica qui”, il dott. Zaletel ha detto.
A lungo termine, gli scienziati quantistici si aspettano che un approccio diverso, la correzione degli errori, sarà in grado di rilevare e correggere gli errori di calcolo, e questo aprirà la porta ai computer quantistici per accelerare per molti usi.
La correzione degli errori è già utilizzata nei computer convenzionali e nella trasmissione dei dati per correggere i dis errori. Ma per i computer quantistici, la correzione degli errori è probabilmente lontana anni, richiedendo processori migliori in grado di elaborare molti più qubit.
La mitigazione degli errori, ritengono gli scienziati IBM, è una soluzione provvisoria che può essere utilizzata ora per problemi sempre più complessi al di là del modello Ising.
“Questo è uno dei più semplici problemi di scienze naturali che esistono”, il dott. Gambetta disse. “Quindi è una buona cosa per cominciare. Ma ora la domanda è: come si fa a generalizzarlo e ad andare a problemi di scienze naturali più interessanti?”
Questi potrebbero includere la comprensione delle proprietà dei materiali esotici, l’accelerazione della scoperta di farmaci e la modellazione delle reazioni di fusione.
Kenneth Chang è al Times dal 2000, scrivendo di fisica, geologia, chimica e pianeti. Prima di diventare uno scrittore scientifico, era uno studente laureato la cui ricerca riguardava il controllo del caos. Maggiori informazioni su Kenneth Chang
12/06/23 Corriere Economia: anche l’Italia nei computer quantistici
25/05/23 MIT tech review: IBM vuole costruire un computer quantistico da 100.000 qubit
STEPHANIE ARNETT/MITTR | IBM
Alla fine dell’anno scorso, IBM ha preso il record per il più grande sistema di calcolo quantistico con un processore che conteneva 433 bit quantistici, o qubit, gli elementi costitutivi fondamentali dell’elaborazione delle informazioni quantistiche. Ora, l’azienda ha messo gli occhi su un obiettivo molto più grande: una macchina da 100.000-qubit che mira a costruire entro 10 anni.
IBM ha fatto l’annuncio il 22 maggio al vertice del G7 a Hiroshima, in Giappone. La società collaborerà con l’Università di Tokyo e l’Università di Chicago in un’iniziativa da 100 milioni di dollari per spingere l’informatica quantistica nel regno delle operazioni su larga scala, dove la tecnologia potrebbe potenzialmente affrontare problemi urgenti che nessun supercomputer standard può risolvere.
O almeno non può risolverli da solo. L’idea è che i 100.000 qubit lavoreranno insieme ai migliori supercomputer “classici” per ottenere nuove scoperte nella scoperta di farmaci, nella produzione di fertilizzanti, nelle prestazioni della batteria e in una serie di altre applicazioni. “Io chiamo questo supercalcolo quantistico”, ha detto il vicepresidente del quantum di IBM, Jay Gambetta, al MIT Technology Review in un’intervista di persona a Londra la scorsa settimana.
Il calcolo quantistico detiene ed elabora le informazioni in un modo che sfrutta le proprietà uniche delle particelle fondamentali: elettroni, atomi e piccole molecole possono esistere in più stati energetici contemporaneamente, un fenomeno noto come sovrapposizione, e gli stati delle particelle possono diventare collegati, o impigliati, l’uno con l’altro. Ciò significa che le informazioni possono essere codificate e manipolate in modi nuovi, aprendo la porta a una fascia di compiti informatici classicamente impossibili.
Finora, i computer quantistici non hanno ottenuto nulla di utile che i supercomputer standard non possano fare. Ciò è in gran parte perché non hanno avuto abbastanza qubit e perché i sistemi sono facilmente interrotti da piccole perturbazioni nel loro ambiente che i fisici chiamano rumore.
I ricercatori hanno esplorato modi per gestire i sistemi rumorosi, ma molti si aspettano che i sistemi quantistici dovranno scalare in modo significativo per essere veramente utili, in modo da poter dedicare una grande frazione dei loro qubit alla correzione degli errori indotti dal rumore.
IBM non è il primo a puntare alla grande. Google ha detto che sta prendendo di mira un milione di qubit entro la fine del decennio, anche se la correzione degli errori significa che solo 10.000 saranno disponibili per i calcoli. IonQ con sede nel Maryland mira ad avere 1.024 “qbit logici”, ognuno dei quali sarà formato da un circuito di correzione degli errori di 13 qubit fisici, eseguendo calcoli entro il 2028. Anche PsiQuantum basato su Palo Alto, come Google, mira a costruire un computer quantistico da un milione di qubit, ma non ha rivelato la sua scala temporale o i suoi requisiti di correzione degli errori.
A causa di questi requisiti, citare il numero di qubit fisici è una specie di falsa pista: i dettagli di come sono costruiti, che influenzano fattori come la loro resilienza al rumore e la loro facilità d’uso, sono di fondamentale importanza. Le aziende coinvolte di solito offrono ulteriori misure di performance, come il “volume quantico” e il numero di “cubit algoritmici”. Nel prossimo decennio i progressi nella correzione degli errori, nelle prestazioni qubit e nella “mitigazione” degli errori guidata dal software, così come le principali distinzioni tra i diversi tipi di qubit, renderanno questa gara particolarmente difficile da seguire.
Perfezionamento dell’hardware
I qubit di IBM sono attualmente realizzati con anelli di metallo superconduttore, che seguono le stesse regole degli atomi quando funzionano a temperature millikelvin, solo una minuscola frazione di grado sopra lo zero assoluto. In teoria, questi qubit possono essere azionati in un grande complesso. Ma secondo la road map di IBM, i computer quantistici del tipo che sta costruendo possono scalare solo fino a 5.000 qubit con la tecnologia attuale. La maggior parte degli esperti dice che non è abbastanza grande da produrre molto in termini di calcolo utile. Per creare potenti computer quantistici, gli ingegneri dovranno andare più in grande. E questo richiederà una nuova tecnologia.
Un esempio di ciò che è necessario è un controllo molto più efficiente dal punto di vista energetico dei qubit. Al momento, ognuno dei qubit superconduttori di IBM richiede circa 65 watt per funzionare. “Se voglio fare 100.000, è un sacco di energia: avrò bisogno di qualcosa delle dimensioni di un edificio, una centrale nucleare e un miliardo di dollari, per fare una macchina”, dice Gambetta. “È ovviamente ridicolo. Per arrivare da 5.000 a 100.000, abbiamo chiaramente bisogno di innovazione”.
IBM ha già fatto esperimenti di prova di principio che dimostrano che i circuiti integrati basati sulla tecnologia “complementary metal oxide semiconductor” (CMOS) possono essere installati accanto ai qubit freddi per controllarli con solo decine di milliwatt. Oltre a ciò, ammette, la tecnologia richiesta per il supercalcolo quantistico non esiste ancora: ecco perché la ricerca accademica è una parte vitale del progetto.
I qubit esisteranno su un tipo di chip modulare che sta appena iniziando a prendere forma nei laboratori IBM. La modularità, essenziale quando sarà impossibile mettere abbastanza qubit su un singolo chip, richiede interconnessioni che trasferiscono informazioni quantistiche tra i moduli. “Kookaburra” di IBM, un processore multichip da 1.386 qubit con un collegamento di comunicazione quantistica, è in fase di sviluppo e dovrebbe essere rilasciato nel 2025.
Altre innovazioni necessarie sono dove entrano in gioco le università. I ricercatori di Tokyo e Chicago hanno già fatto passi significativi in aree come i componenti e le innovazioni di comunicazione che potrebbero essere parti vitali del prodotto finale, afferma Gambetta. Pensa che probabilmente ci saranno molte più collaborazioni industriali-accademiche a venire nel prossimo decennio. “Dobbiamo aiutare le università a fare ciò che sanno fare meglio”, dice. Google è della stessa idea: in un accordo separato, sta dedicando 50 milioni di dollari ai finanziamenti per la ricerca sull’informatica quantistica nelle stesse due università.
Gambetta afferma che l’industria ha anche bisogno di più “scienziati computazionali quantistici”, persone abili nel colmare il divario tra i fisici che creano la macchina e gli sviluppatori che cercano di progettare e implementare algoritmi utili.
Anche il software che gira su macchine quantistiche sarà di vitale importanza. “Vogliamo creare l’industria il più velocemente possibile, e il modo migliore per farlo è far sì che le persone sviluppino l’equivalente delle nostre librerie di software classiche”, afferma Gambetta. È per questo che IBM ha lavorato per rendere i suoi sistemi disponibili ai ricercatori accademici negli ultimi anni, dice: i processori quantistici di IBM possono essere messi al lavoro tramite il cloud utilizzando interfacce personalizzate che richiedono una comprensione minima dei tecnicistici del calcolo quantistico. Dice che ci sono stati circa 2.000 documenti di ricerca scritti su esperimenti che utilizzano i dispositivi quantistici dell’azienda: “Per me questa è una buona indicazione dell’innovazione in corso”.
Non c’è alcuna garanzia che i 100 milioni di dollari stanziati per questo progetto saranno sufficienti per raggiungere l’obiettivo di 100.000 qubit. “C’è sicuramente un rischio”, dice Gambetta.
Joe Fitzsimons, CEO di Horizon Quantum, uno sviluppatore di software quantistico con sede a Singapore, è d’accordo. “È improbabile che questo sia un viaggio completamente agevole senza sorprese”, dice.
Ma, aggiunge, è un rischio che deve essere preso: l’industria deve affrontare la paura del fallimento e fare tentativi per superare le sfide tecniche che devono affrontare il calcolo quantistico su larga scala. Il piano di IBM sembra ragionevole, dice Fitzsimons, anche se ci sono molti potenziali ostacoli. “Su questa scala, i sistemi di controllo saranno un fattore limitante e dovranno evolversi in modo significativo per supportare un numero così elevato di qubit in modo ragionevolmente efficiente”, dice.
19/02/23 Sole 24 Ore: il computer quantistico scardinerà le cryptovalute?
15/01/23 Sole 24 Ore: l’informatica quantistica cerca il silicio per essere più concreta
25/11/22 Barron’s: Il calcolo quantistico potrebbe cambiare il mondo. Come investirvi.
Quantum potrebbe rappresentare il primo cambiamento radicale nell’informatica dagli anni ’50. Gli investitori hanno finalmente modi per cavalcare la tendenza, ma è meglio aspettare prima di entrare.
Di Eric J. Savit 25 novembre 2022
Il mese scorso, la Royal Swedish Academy of Sciences ha assegnato il premio Nobel per la fisica a tre scienziati per la loro ricerca sulla scienza dell’informazione quantistica, una delle scoperte scientifiche più sorprendenti e, a quanto pare, più commercialmente seducenti degli ultimi 100 anni.
Sì, la rivoluzione dell’informatica quantistica sta arrivando. Ma ci vorrà del tempo, probabilmente più a lungo di quanto sperano gli investitori nella manciata di start-up quantistiche che sono riuscite a quotarsi in borsa. Questo è un tipico esempio della legge di Amara, coniato dal futurologo e ingegnere Roy Amara: “Tendiamo a sopravvalutare l’effetto di una tecnologia nel breve periodo e sottovalutare l’effetto nel lungo periodo”.
Il gruppo delle nuove aziende quotate dedicate al quantum, come Rigetti Computing, D-Wave Quantum e IonQ, dovrà dimostrare di esser in grado di generare entrate significative per gli anni a venire.
Ad un certo punto, però, il quantum cambierà il mondo.
“Vogliamo risolvere problemi che sono intrattabili per i supercomputer di oggi, o anche del prossimo secolo”, afferma Krysta Svore, vicepresidente del software quantistico di Microsoft (ticker: MSFT). Con i supercomputer convenzionali, dice, ci sono problemi irrisolvibili, come la scelta fra milioni di molecole potenziali candidate a diventare farmaci, che richiederebbero tempi di calcolo più lunghi dell’attuale durata dell’universo. “Vogliamo portare avanti questa tecnologia e vedere come possiamo usarla in combinazione con la tecnologia classica”.
La natura del calcolo quantistico lo rende utile per risolvere problemi computazionalmente intensivi con un numero enorme di variabili. Il calcolo quantistico accelererà potenzialmente lo sviluppo di farmaci, migliorerà la modellazione finanziaria e aumenterà l’efficienza delle batterie elettriche.
Il lavoro dei Nobel ha dimostrato un concetto strabiliante cruciale per l’informatica quantistica chiamato ” quantum engagement”. I tre fisici premiati – Alain Aspect, John Clauser e Anton Zeilinger – hanno contribuito alla scoperta che le particelle in uno stato entangled possono influenzare altre particelle, anche a distanza. (Chi vuole approfondire il molto ostico argomento può consultare Wikipedia QUI )
Salti quantici
Le società di calcolo quantistico quotate in borsa hanno subito perdite sostanziali quest’anno, poiché gli investitori sono fuggiti da scommesse ad alto rischio.
| Azienda / Ticker | Prezzo recente | Valore di mercato (mil) | Ricavi 2023E (mil) | Modifica YTD | Commento |
|---|---|---|---|---|---|
| Rigetti Computing / RGTI | 1,24 dollari | 149 dollari | 25,6 dollari | -88% | Costruire sistemi qubit superconduttori. Fusione SPAC completata nel marzo 2022 |
| IonQ / IONQ | 4,92 | 984 | 21,3 | -71 | Focalizzato sui sistemi di ioni intrappolati. Quotato tramite la fusione SPAC settembre 2021 |
| Arqit Quantum / ARQQ* | 7,69 | 938 | 114,0 | -68 | Sviluppo della crittografia quantistica sicura. IPO tramite SPAC a settembre 2021 |
| D-Wave Quantum / QBTS | 2,46 | 274 | 17,7 | -64 | Sostiene che sia l’unica azienda che risolve problemi aziendali reali con l’informatica quantistica fino ad oggi. IPO tramite SPAC nell’agosto 2022. |
| Quantun Computing / QUBT | 2.10 | 112 | 5,0 | -38 | Afferma di offrire sistemi fotonici quantistici “pronti all’uso”. È stata quotata nel 2018 tramite fusione inversa. |
| Defiance Quantum ETF / QTUM | 40,89 | 118 | N/A | -27 | Fondo quantistico scambiato in borsa; partecipazioni in IonQ, Baidu, Microsoft e altri. |
*L’anno fiscale termina a settembre; E=stima; N/A=non applicabile
La nuova ricerca scalza il pensiero di nientemeno che di Albert Einstein. Einstein era scettico sulla capacità della meccanica quantistica di descrivere l’universo per intero; in particolare, era a disagio con la dipendenza della teoria quantistica da quello che chiamava “spukhafte fernwirkungen” – “azione spettrale a distanza”. Si scopre che i dubbi di Einstein erano fuori luogo
Sebbene il meccanismo esatto rimanga incerto – “nessuno capisce la meccanica quantistica”, disse una volta il fisico Richard Feynman – gli esperimenti dei nuovi Nobel dimostrano che la teoria quantistica descrive davvero il mondo naturale e che esiste l’intreccio. Questa scoperta ha posto le basi per un ramo dell’informatica completamente nuovo e c’è una corsa in corso per sviluppare i primi computer quantistici commerciali, con potenziali grandi guadagni in gioco.
I contendenti includono alcuni dei più grandi attori dell’informatica “classica”: Microsoft, Intel (INTC), Alphabet (GOOGL), Amazon.com (AMZN) e IBM (IBM) stanno tutti costruendo hardware quantistico, insieme a Toshiba, NEC e NTT del Giappone e a China’sBaidu (BIDU), Huawei Technologies, Tencent e Alibaba. All’altra estremità della scala ci sono una manciata di piccole aziende che hanno fatto hype quantistico in borsa, per lo più attraverso società di acquisizione per scopi speciali, o SPAC, fusioni, tra cui Rigetti Computing (RGTI), D-Wave Quantum (QBTS) e IonQ (IONQ). E questa è solo la punta dell’iceberg: secondo PitchBook, 251 start-up quantistiche hanno raccolto insieme più di 5,4 miliardi di dollari di capitale di rischio dall’inizio del 2017.
La prossima generazione
| Azienda | Posizione | Commento |
|---|---|---|
| PsiQuantum | Palo Alto | Incentrato sulla costruzione di computer quantistici generici corretti per errori e basati su fotoni. |
| Xanadu | Toronto | Azienda quantistica fotonica. |
| IQM | Espoo, Finlandia | Azienda europea di superconducting di hardware quantistico. |
| Atom computing | Berkeley, California. | Costruire computer quantistici con “atomi neutri opticamente intrappolati”. |
| ColdQuanta | Boulder, Colo. | Come Atom, focalizzato sugli atomi intrappolati-neutrali. |
| Zapata Computing | Boston | Sviluppo di software quantistico per le imprese. |
| Classiq | Tel Aviv | Sviluppare software quantistico. |
| Q-CTRL | Sydney | Creazione di software per infrastrutture quantistiche, collaborazione con IBM, Rigetti e altri. |
| Pasqal | Palaiseau, Francia | Si è concentrato anche sulle unità di elaborazione quantistica basate su atomi neutri. |
| SandboxAQ | Palo Alto | Sviluppo di “crittografia post-quantum”. Spinto da Alphabet marzo 2022. |
Fonte: PitchBook
IDC lo scorso anno ha stimato che il mercato dei servizi di calcolo quantistico, per lo più forniti dal cloud, potrebbe crescere fino a 8,6 miliardi di dollari nel 2027, rispetto ai 412 milioni di dollari del 2020, un tasso di crescita annuale composto di oltre il 50%.
Più allettante è un rapporto del 2021 del Boston Consulting Group che ha messo la potenziale creazione di valore dall’informatica quantistica da 450 miliardi di dollari a 850 miliardi di dollari, con da 90 a 170 miliardi di dollari che fluiscono agli attori dell’industria quantistica. Ma gli investitori dovranno essere pazienti: Boston Consulting Group non si aspetta che l’industria raggiunga quella scala fino al 2040 o più tardi.
William Zeng, capo della ricerca quantistica di Goldman Sachs, è affascinato dal potenziale di cambiamento di gioco di quantum. “Siamo molto in modalità di ricerca”, dice Zeng. “Non abbiamo ancora sistemi in produzione. Stiamo cercando di capire come arrivarci. Inizia con l’esame dei problemi aziendali: quali cose ora sono troppo lente, troppo costose o non possono essere risolte affatto. E poi cerchi di accoppiarli con luoghi in cui la quantistica ha un vantaggio teorico”.
Una delle prime aree di interesse per Goldman è il potenziale per accelerare i calcoli di Monte Carlo, complessi algoritmi utilizzati per valutare il valore e i rischi dei derivati e di altri titoli. Vede altre potenziali applicazioni nell’ottimizzazione del portafoglio e nell’apprendimento automatico per la lotta al riciclaggio di denaro, tra le altre cose. Ma non ancora, e non particolarmente presto.
Ma avrai bisogno di un computer quantistico per prevedere i vincitori a lungo termine.
“Non siamo nella fase in cui un computer quantistico sta migliorando la linea di fondo di qualsiasi azienda non nel campo dell’informatica quantistica”, afferma Ryan Babbush, responsabile dell’algoritmo quantistico e delle applicazioni presso l’unitàGoogle di Alphabet.
Detto questo, ci sono esempi real-world di computer quantistici utilizzati oggi. IBM ha probabilmente il primo vantaggio. Big Blue ha costruito più di 30 computer quantistici dal 2016, e più di 20 di loro sono online in questo momento, accessibili tramite il web. Il direttore della ricerca di IBM, Dario Gil, afferma che ci sono più di 500.000 utenti per quei sistemi quantistici IBM in oltre 180 istituzioni, principalmente per la ricerca. “Abbiamo più computer quantistici online rispetto al resto del mondo messi insieme”, dice Gil.
“È ancora super-precoce”, concorda Simone Severini, direttore dell’informatica quantistica di Amazon Web Services. “C’è ancora un notevole lavoro scientifico e ingegneristico da fare prima di ottenere l’informatica quantistica su larga scala”. Come altri leader dell’industria quantistica, Severini dice che c’è un crescente interesse da parte dei clienti che vogliono esplorare la tecnologia, ma dice che è troppo presto per sapere quali approcci tecnologici avranno successo.
Il CEO di IBM Arvind Krishna pensa che probabilmente siamo ancora a cinque anni da chiunque generi entrate materiali dall’informatica quantistica, ma aggiunge che “ci sono molte persone molto intelligenti con molto capitale che insegue lo spazio”. Pensa che ad un certo punto, forse tra due anni, o tre o cinque, “risolverai problemi che stupiranno le persone”.
La sua matematica “sul retro della busta” (modo di dire americano per un calcolo fatto a spanne) suggerisce che potrebbe esserci un mercato da 100 miliardi di dollari per l’informatica quantistica entro la fine del decennio, che pensa sarà divisa da una manciata di giocatori.
Per essere chiari, i computer quantistici non sostituiranno mai l’informatica convenzionale. Non ne userai mai uno per controllare la tua e-mail, giocare o eseguire Excel e non ci saranno smartphone o laptop quantistici. Invece, i sistemi quantistici lavoreranno in tandem con l’informatica convenzionale per risolvere problemi che non possono essere affrontati con la tecnologia attuale.
“Questa è la prima volta che l’informatica si sta ramificando”, afferma Gil di IBM, descrivendo il radicale allontanamento dall’architettura informatica introdotta da Intel, il cui cofondatore Gordon Moore prevedeva accuratamente nel 1965 che la potenza dei microchip sarebbe raddoppiata all’incirca ogni due anni.
“Alcune persone dicono che questo è un altro passo nella legge di Moore”, dice Gil, “ma è più fondamentale di così. Non è così spesso che riusciamo a ridefinire la natura delle informazioni”.
Sono passati 77 anni dal lancio di ENIAC, il primo computer digitale programmabile, presso l’Università della Pennsylvania. Originariamente destinato ad essere utilizzato per costruire le tavole di tiro dell’artiglieria, l’ENIAC ha svolto un ruolo nel primo sviluppo delle armi nucleari. Due anni dopo, nel 1947, i Bell Labs annunciò il primo transistor, l’elemento costitutivo di base di tutta l’elettronica moderna.
Nel corso dei decenni, ogni computer mai costruito – PC, mainframe, supercomputer, console di gioco e telefoni cellulari – si è basato sul calcolo binario basato su transistor con “bit”, i più piccoli dati possibili, che possono esistere solo in due stati. On o off. Zero o uno. Vero o falso. Sì o no.
Nell’informatica quantistica, l’informazione più basilare è il qubit, un bit quantistico. Come un bit di calcolo classico, il qubit ha anche due stati potenziali: su o spento, zero o uno. Ma l’informatica quantistica consente ai qubit di essere in uno stato noto come “superposizione”, in cui sono zero e uno allo stesso tempo, o più precisamente una certa probabilità statistica di essere entrambi. Il fisico Erwin Schrödinger ha illustrato questa idea con il suo celebre gatto che potrebbe essere contemporaneamente vivo e morto.
Più importante che capire la profonda stranezza della meccanica quantistica è il fatto che l’intreccio e la sovrapposizione danno ai computer quantistici una potenza computazionale fenomenale.
Nell’informatica convenzionale, la potenza di calcolo cresce linearmente con un aumento dei bit. Ma con i qubit entangled i, la potenza di calcolo cresce esponenzialmente man mano che si aggiungono più qubit. Con tre qubit entangled, puoi ottenere otto calcoli simultanei: aggiungi un quarto qubit e il sistema può eseguire 16 calcoli in parallelo. Con l’aumentare del numero di qubit, alla fine si ottengono sistemi che non possono essere abbinati dal calcolo convenzionale. Per abbinare la potenza di calcolo di un sistema con 100 qubit, avresti bisogno dell’equivalente di 10 trilioni di anni di tempo di calcolo classico. L’informatica classica risolve i problemi considerando ogni potenziale soluzione in sequenza; l’informatica quantistica valuta tutte le possibili soluzioni contemporaneamente.
La società di consulenza McKinsey stima che il calcolo quantistico abbia il potenziale per “rivoluzionariare” la ricerca e lo sviluppo sulle strutture molecolari nei biofarmaci, accelerando la scoperta e lo sviluppo di farmaci. Nell’industria chimica, McKinsey afferma che il quantum dovrebbe guidare uno sviluppo più rapido di nuovi catalizzatori, con implicazioni in settori come la cattura del carbonio e l’efficienza energetica. I produttori di auto come BMW e Volkswagen hanno iniziato la ricerca sull’applicazione dell’informatica quantistica alla gestione della supply-chain, all’instradamento del traffico e alla progettazione delle batterie dei veicoli elettrici. Ci sono implicazioni per i servizi finanziari, in particolare nella gestione del portafoglio, nell’analisi dei rischi, nell’apprendimento automatico e nei prezzi delle opzioni.
Tuttavia, ciò che potrebbe rivelarsi miracoloso in finanza, chimica e scoperta di farmaci minaccia anche di minare tutte le versioni attuali della sicurezza informatica. Il Global Risk Institute ha scritto in un rapporto del 2021 che “la minaccia rappresentata dai computer quantistici potrebbe portare a un fallimento catastrofico dei sistemi informatici, sia attraverso attacchi diretti che interrompendo la fiducia”.
La minaccia è ancora vista come lontana: un sondaggio di 47 esperti quantistici ha rilevato che poco più della metà ha visto una probabilità superiore al 50% che i computer quantistici siano in grado di rompere una chiave di crittografia di 2.048 numeri in meno di 24 ore entro 15 anni.
Una preoccupazione crescente è che un avversario degli Stati Uniti – la Cina è il più probabile – potrebbe battere gli Stati Uniti nella corsa al Quantum Computer, mettendo effettivamente qualsiasi informazione protetta con forme tradizionali di crittografia a rischio di scoperta – pensare a segreti industriali, informazioni finanziarie, dati personali, tutto. L’industria della sicurezza informatica sta correndo per creare alternative “quantum safe” agli approcci tradizionali alla sicurezza dei dati.
Il processo di creazione del calcolo quantistico sta prendendo anni in più di quanto alcune persone si sarebbero attese, e per una buona ragione. Si scopre che costruire sistemi quantistici stabili e utili è diabolicamente difficile. I qubit sono fragili, sensibili ai cambiamenti di temperatura, alle impurità dei materiali, alle radiazioni, alle vibrazioni e ad altre condizioni ambientali. Questo li rende inclini ad alti tassi di errore.
In una stanza del centro di ricerca IBM a Yorktown Heights, New York, c’è un sistema quantistico seduto da solo, collegato al web a beneficio dei ricercatori che sperimentano la codifica dei sistemi quantistici. In fondo alla hall, più sistemi sono in costruzione utilizzando chip con un numero di qubit più elevato.
All’inizio di questo mese, IBM ha annunciato un processore 433-qubit, più del triplo del numero di qubit nel chip quantistico di ultima generazione dell’azienda; l’azienda sta prendendo di mira il livello di 4.000 qubit entro il 2025. Alcuni altri giocatori hanno fatto promesse simili.
All’esterno, i sistemi quantistici di IBM paiono solo imponenti contenitori. All’interno, sembrano molto diversi da un sistema informatico tradizionale, soprattutto perché i computer quantistici richiedono un superraffreddamento per mantenere i sistemi in esecuzione. I sistemi di raffreddamento per raggiungere le temperature ultra basse richieste si traducono nel caratteristico disegno a forma di candelabro per i sistemi creati da IBM, Rigetti e altri.
Secondo alcune stime, potrebbero essere necessari migliaia o addirittura milioni di qubit fisici per creare un computer quantistico praticabile. “Hai bisogno di un’enorme ridondanza”, dice Severini di Amazon. Tim Costa, direttore dell’alta performance e dell’informatica quantistica di Nvidia (NVDA), afferma che mentre ci sono una varietà di computer quantistici accessibili oggi tramite i grandi fornitori di cloud, nessuno ha più di poche centinaia di qubit; per fare un lavoro utile, dice, sarà necessario sistemi con milioni di qubit.
La maggior parte degli aspiranti più grandi, tra cui IBM, Alphabet, Amazon e Alibaba, stanno perseguendo un approccio simile, utilizzando qubit superconduttori, i loro chip raffreddati a temperature estremamente basse, alcuni microkelvin, più freddi del vuoto dello spazio esterno e controllati con microonde.
Quantinuum, uno spinout di Honeywell International (HON) e il nuovo IonQ pubblico, si basano su sistemi di “ioni intrappolati”, utilizzando atomi naturali come qubit; i sistemi ionici intrappolati sono considerati più affidabili, ma più lenti, dei computer quantistici superconduttori. Il presidente di Quantinuum Tony Uttley afferma che Honeywell ha deciso presto che l’approccio agli ioni intrappolati avrebbe dato all’azienda la possibilità di raggiungere il mercato prima. “La nostra tesi era che se fai qubit davvero di alta qualità, puoi fare di più con quei sistemi nelle prime fasi dell’informatica quantistica”, dice. “Crediamo in un futuro con più tipi di processori quantistici”.
Il CEO di IonQ, Pete Chapman, afferma che l’azienda ha sistemi in esecuzione su tutte e tre le principali piattaforme cloud – AWS, Azure e Google Cloud – e sostiene che l’azienda avrà applicazioni commerciali in esecuzione per i clienti entro la fine del 2023. “Abbiamo la possibilità di essere i primi lì”, dice. “Dovremmo avere il mercato per noi per i prossimi anni”.
Investendo sul lungo termine
Il fascino dell’informatica quantistico ha attirato significativi investimenti in R&S da parte di alcune delle più grandi aziende tecnologiche del mondo.
| Azienda / Ticker | Approccio |
|---|---|
| Alphabet / GOOGL | Approccio su più fronti che include lo sviluppo di un sistema quantistico superconduttore completo, offrendo anche l’accesso ad altri sistemi tramite il cloud. |
| Amazon.com / AMZN | Tramite AWS, fornendo l’accesso all’hardware early-stage di Rigetti, D-Wave e altri, sviluppando anche computer quantistici superconduttori su larga scala. |
| Baidu / BIDU | Lancio del sistema basato su superconduttivo full-stack a 10 qubit nell’agosto 2022. |
| Honeywell International / HON | Detiene la partecipazione di maggioranza nello spin-off di ricerca trapped-ion Quantinuum, creato nel 2021 attraverso la fusione con la startup Cambridge Quantum. |
| IBM / IBM | Sviluppare uno stack quantistico completo utilizzando qubit superconduttori. Già online con quasi tre dozzine di computer quantistici; si aspetta di raggiungere il sistema di 1.000 qubit entro il 2025. |
| Intel / INTC | Vede un’opportunità per sfruttare la capacità di produzione di chip esistente con particolare attenzione alla strategia “quantum dot”. |
| Microsoft / MSFT | Come Amazon, fornendo l’accesso all’hardware di terze parti sulla sua piattaforma cloud Azure, sviluppando anche una nuova strategia di “bittopologici”. |
| Nvidia / NVDA | La piattaforma dell’azienda per la costruzione di computer quantistici ibridi e classici si chiama QODA. Ha scelto di non costruire il proprio computer quantistico. |
Altre aziende stanno adottando approcci diversi. Le start-up PsiQuantum e Xanadu usano fotoni controllati da specchi e altri dispositivi. ColdQuanta e Atom Computing si basano su atomi neutri o freddi, piuttosto che sugli atomi caricati, o ioni, utilizzati da altre tecnologie. Intel sta lavorando sulla tecnologia “quantum dot” e afferma che la sua esperienza nella produzione di chip può essere applicata alla costruzione di unità di elaborazione quantistica o QPU. Microsoft sta scommettendo su una tecnologia chiamata “qubit topologici”, che, in teoria, ha meno errori di altri approcci ma che rimangono nella fase iniziale di ricerca, senza sistemi funzionanti fino ad oggi.
D-Wave, che recentemente è andato in borsa tramite una fusione con una SPAC, offre un approccio chiamato “quantum annealing” che è mirato specificamente alla risoluzione dei problemi di ottimizzazione. Il CEO di D-Wave Alan Baratz, un dirigente tecnologico di lunga data che alla fine degli anni ’90 ha costruito il business del software Java presso Sun Microsystems, sostiene che la sua azienda è “l’unica società di calcolo quantistico commerciale, che lavora con aziende reali su applicazioni reali”.
Per tutte le promesse, le entrate quantistiche di oggi sono praticamente inesistenti. Le entrate del trimestre di giugno di D-Wave, ad esempio, sono state di soli 1,4 milioni di dollari. Per l’intero anno, l’azienda vede entrate da 7 a 9 milioni di dollari.
Nonostante la mancanza di applicazioni commerciali attuali, le aziende hanno iniziato a mettere scadenze su importanti scoperte. IBM intende costruire un sistema di 1.000 qubit entro la fine del 2023 e 4.000 entro il 2025 e vede i carichi di lavoro commerciali evolversi prima della fine del 2025. PsiQuantum ha promesso di sviluppare un computer qubit da un milione entro il 2025. E potrebbero essere necessari sistemi su quella scala per raggiungere il potenziale quantistico. James Clarke, direttore dell’hardware quantistico di Intel, afferma che ci vorrà almeno un milione di qubit “per fare qualcosa di sconvolgente”.
Il fondatore di Rigetti Chad Rigetti, che ha annunciato le sue dimissioni da CEO dell’azienda all’inizio di questo mese, ha dichiarato in una recente intervista che la sua azienda ha i computer quantistici più veloci al mondo e il prossimo anno lancerà un sistema con 336 qubit, “aprendo la finestra in cui il vantaggio quantistico diventa davvero possibile”.
La vera domanda è quando l’informatica quantistica genererà entrate significative. “Se dovessi disegnare un grafico della probabilità che i calcoli quantistici assistono davvero le aziende a prendere decisioni – sarebbe il picco in tre o quattro anni – e poi di nuovo in 10 anni o giù di così”, dice Babbush di Alphabet. Vede un certo potenziale per i primi sistemi per trovare applicazioni di nicchia, anche nei servizi finanziari, nei prossimi anni.
Richard Moulds, che gestisce Amazon Braket, un servizio di ricerca sul calcolo quantistico ospitato da AWS, afferma che i clienti del gigante dell’informatica basato sul cloud “si aspettino che siamo una guida e pronti con l’infrastruttura quantistica commerciale”. Ma, aggiunge, finora l’uso principale dei servizi quantistici online è quello di costruire computer quantistici migliori.
“Nessuno lo sta usando in senso di produzione”, dice Moulds. “Stiamo ancora scoprendo quali applicazioni saranno probabilmente le più utili. Ci stiamo preparando per il quantum.”
Gil di IBM vede l’informatica quantistica come un gioco ad alto rischio a cui pochi giocatori sopravviveranno. Costruire hardware quantistico, dice, richiederà “stamina, capitale e know-how”. Sospetta che ci saranno più pretendenti che successi. “Non credo che ci saranno molti giocatori alla fine; sarai in grado di contarli su una mano. Negli Stati Uniti, forse due o tre. Non è per i deboli di cuore. Su una scala da uno a 10 per difficoltà tecniche, è un 10.”
Dopo un breve periodo di clamore, gli investitori hanno iniziato a riconoscere i lunghi tempi di consegna. Le azioni quantistiche a piccola capitalizzazione hanno avuto risultati terribili quest’anno, in particolare perché gli investitori fuggono da attività ad alto rischio. Rigetti è in calo dell’88%, IonQ è sceso del 71% e D-Wave ha perso il 64%. Il fondo scambiato in borsa Defiance Quantum (QTUM) è sceso di un 27% più modesto, ma questo perché il portafoglio include non solo opere d’uso pure come IonQ, ma anche azioni come Taiwan Semiconductor Manufacturing, Baidu, Microsoft e Texas Instruments.
Nel frattempo, i grandi attori tecnologici di quantum – Alphabet, Microsoft e Amazon.com – hanno tutti a che fare con problemi aziendali più ampi che hanno pesato sulle loro azioni.
IBM è forse l’unico giocatore quantistico attualmente operativo da una posizione di forza. Le sue azioni sono aumentate del 10% quest’anno.
Gil di IBM pensa che quanto varrà il lavoro e l’attesa. “Il futuro dell’informatica è bit più neuroni e qubit”, una combinazione di calcolo convenzionale, quantistica e intelligenza artificiale. “È così che funzionerà l’informatica”.
19/12/22 si muove l’Europa
art del Corriere Economia
