In Europa il primo computer quantistico da 5000 qubit

Il computer quantistico da 5000 qubit di D-Wave è finalmente arrivato in Europa. Ad accoglierlo è stato il centro di ricerca tedesco Forschungszentrum Jülich, situato a Jülich, nel circondario di Duren. Il computer, chiamato Advantage, era stato presentato lo scorso anno nel quartier generale dell’azienda, in Canada. La macchina ora è la prima a trovarsi in un centro in Europa ed è già il punto di riferimento per il campo della computazione quantistica nel nostro continente.

Cos’è un computer quantistico?

Ormai si sente parlare sempre più spesso di computazione quantistica o quantum computing e dei vantaggi che potrebbe portare in diversi campi. Ma di cosa si tratta nel dettaglio, e in cosa differisce dalla tipologia di calcolo classica?

Il quantum computing si basa sulle leggi della meccanica quantistica, dove l’unità elementare è il quanto. Questa unità, fondamento della quantistica, è anche alla base del qubit, o quantum bit, ovvero l’unità di informazione usata nei computer che operano seguendo le leggi quantistiche. Diversamente dal bit, che può avere soltanto due stati finiti (1 e 0), il qubit si trova contemporaneamente in entrambi, in uno stato di “sovrapposizione” dei due. La computazione quantistica, in questo senso, “trasforma” la memoria in una sovrapposizione di stati.

I computer quantistici son in grado di eseguire queste operazioni, lavorando coi qubit invece che coi normali bit. I qubit sono realizzati con sistemi come l’orientamento di un fotone o lo spin di un elettrone (in questo caso si parla di qubit spin-based). Grazie alla sovrapposizione è possibile elaborare le informazioni in un tempo molto minore rispetto a quello richiesto dai computer classici, abilitando i calcoli in parallelo. La quantità dati che può essere rappresentata da un sistema di qubit cresce esponenzialmente all’aumentare delle unità: il quantitativo di informazione di n qubit è uguale a 2^n bit tradizionali.

Questo tipo di computazione giova anche del cosiddetto entanglement che correla due o più qubit: lo stato di ogni unità del sistema dipende dallo stato degli altri costituenti. Ciò permette un’importante accelerazione dei calcoli.

Il computer di D-Wave

L’Advantage di D-Wave da 5000 qubit è il computer quantistico più potente, ed è operativo da pochi giorni. Diversamente da altri computer quantistici, come quello di Google, non si tratta di una macchina general-purpose, ma è in grado di eseguire solo operazioni specifiche. Nel dettaglio, il computer si occupa di calcoli di ottimizzazione, come la ricerca di minimi di funzioni e l’ottimizzazione di diverse classi di problemi, come il controllo del traffico e l’addestramento di reti neurali.

I computer quantistici promettono enormi opportunità per il nostro futuro e la ricerca in Germania. Hanno il potenziale di migliorare la vita di tutti i giorni – per quanto riguarda l’uso ottimale delle nostre reti elettriche, l’ottimizzazione delle strategie di investimento nel mercato finanziario, o progettare medicine più efficaci. Per questo motivo il ministero federale per la ricerca sta fornendo un supporto intensivo e su ampia base per lo sviluppo dei computer quantici. Oggi il lancio di un computer quantico nell’infrastruttura di JUNIQ è un passo importante per spingere la Germania e l’Europa verso una leadership internazionale nella computazione quantistica.

Bettina Start-Watzinger, ministro federale della ricerca

Advantage supporta applicazioni con fino a 1 milione di variabili differenti e 100 mila vincoli. Il computer è già attivo nella computazione di applicazioni come il design proteico, organizzazione delle risorse, traffic routing e tante altre, anche in campi come la medicina, la finanza, la crittografia e il controllo ambientale.

Il traguardo dei 5000 qubit è fondamentale per il progresso. Un computer con questa capacità computazionale è in grado di risolvere problemi in cui esiste un enorme numero di combinazioni, potendole considerare tutte contemporaneamente.