Cos'è il calcolo quantistico?

Il quantum computing è una tecnologia emergente che cerca di utilizzare la natura unica del regno quantistico - che esiste a livello di atomi e particelle subatomiche - per risolvere problemi complessi. In teoria, i computer quantistici di grandi dimensioni potrebbero risolvere alcuni tipi di problemi, come la violazione della crittografica o la risoluzione di complessi problemi di ottimizzazione, molto più velocemente di quanto possano fare i computer classici. Tuttavia, la tecnologia attuale è tutt’altro che matura.

I computer quantistici utilizzano le proprietà quantistiche di particelle elementari come atomi, elettroni o fotoni con i qubit. Queste hanno la particolarità di poter gestire stati che sovrappongono uno 0 e un 1. Combinate insieme, permettono di sovrapporre un gran numero di valori.

Invece di utilizzare il sistema binario di 0 e 1 (bit) dell'informatica classica, il quantum computing utilizza qubit il cui stato in qualsiasi momento può essere rappresentato da un numero complesso chiamato ampiezza, che descrive la probabilità di ottenere 0 o 1 quando si legge lo stato del qubit. Secondo il pensiero attuale, potrebbe rendere i computer quantistici - specialmente quelli di grandi dimensioni con molte migliaia o milioni di qubit o più - più adatti nel risolvere problemi difficili.

Un qubit consiste in qualsiasi sistema quantomeccanico con due stati quantistici distinti e controllabili, come la polarizzazione di un fotone, il livello di energia di un atomo o lo spin di un elettrone. Dato che i qubit possono esistere in più stati rispetto ai bit standard, un calcolatore quantistico può gestire molte più informazioni per qubit rispetto a un computer classico per bit. Ad esempio, mentre 1.024 bit utilizzano 128 byte di RAM, la stessa quantità di dati può essere archiviata in appena 10 qubit. Un computer quantistico da 1.000 qubit potrebbe quindi gestire fino a 21.000 numeri differenti.

Quindi, cosa sono potenzialmente in grado di fare i computer quantistici? Non è previsto che i computer quantistici sostituiscano i computer classici o i supercomputer. Potranno svolgere meglio alcuni tipi di attività informatiche, ma avranno un aspetto e un funzionamento molto diversi dai dispositivi che utilizziamo oggi. E per molti problemi i computer tradizionali rimarranno l'opzione migliore. Ma i computer quantistici potrebbero essere in grado di offrire vantaggi per alcuni tipi di sfide informatiche, come ad esempio:

Il campo del quantum computing sembrava aver fatto un grande passo avanti nel 2019, quando un documento di ricerca trapelato indicava che il computer quantistico Sycamore di Google aveva raggiunto la supremazia quantistica. È un termine che descrive quando i computer quantistici possono risolvere rapidamente un problema che nessun computer classico potrebbe risolvere in un lasso di tempo fattibile.

Nel novembre 2021, l'annuncio di un processore a 127 qubit ha segnato la prima volta in cui un dispositivo ha raggiunto il traguardo di oltre 100 qubit.

Gli ostacoli maggiori si chiamano rumore e decoerenza. Quando una particella quantistica non è isolata dall'ambiente circostante, qualsiasi interazione indesiderata - anche l'atto di effettuare una misurazione - può causarne il collasso in un bit classico con un semplice valore di 0 o 1. Il rumore e la decoerenza hanno una conseguenza: i qubit hanno una durata di vita molto ridotta, attualmente di circa 100 µs per i qubit superconduttori. Solo poche porte quantistiche possono essere eseguite con successo in questo lasso di tempo.

Il rumore e la decoerenza dei qubit richiedono l'uso di codici di correzione degli errori quantistici (QECC), che combinano diversi qubit fisici in qubit logici con un tasso di errore apparentemente molto più basso e una durata maggiore. Sebbene i concetti di QECC siano stati convalidati su piccola scala in laboratorio, la loro implementazione è impegnativa. Innanzitutto, la scalabilità del numero di qubit è complicata, indipendentemente dal tipo. In effetti, il numero di qubit fisici necessari per creare un singolo qubit logico può essere pari a un migliaio. E abbiamo bisogno di almeno 100 qubit logici per creare un computer quantistico universale utile. Questo equivale a un sistema di 100.000 qubit fisici, mentre oggi ne abbiamo solo 100 circa.

Le cose si comportano in modo strano a livello quantistico. Gli oggetti quantistici si comportano come onde e particelle allo stesso tempo, ma la misurazione di un oggetto quantistico comprime la funzione d'onda, quindi un osservatore lo vede come una particella. Gli oggetti quantistici possono anche esistere in più stati contemporaneamente (un fenomeno chiamato superposizione) e possono essere etangled in altri oggetti quantistici.

Cos'è l'entanglement quantistico? Significa che la misurazione di un oggetto influisce anche sull'oggetto entangled, anche se i due sono molto distanti. Gli oggetti quantistici entangled hanno stati correlati, ma casuali.

Poiché questi comportamenti sono difficili da capire e da spiegare, vengono spesso descritti in modo eccessivamente semplificato. Ad esempio, è inesatto dire che un qubit è "sia uno 0 che un 1 allo stesso tempo". Inoltre, è improbabile che i computer quantistici siano sempre migliori e più veloci dei computer classici: per alcuni tipi di problemi, i computer normali rimarranno l'opzione migliore. Anche dove i computer quantistici potrebbero avere un vantaggio, come ad esempio nella violazione della crittografia, siamo ben lungi dall'essere in grado di costruire un dispositivo del genere.

I computer quantistici rappresentano un notevole progresso rispetto ai dispositivi precedenti, ma devono ancora dimostrare di essere efficaci nel risolvere i problemi pratici.

Qual è il futuro del quantum computing? Molti ricercatori e fornitori del settore stanno lavorando per raggiungere nuovi traguardi e sta crescendo anche lo slancio per formare la prossima generazione di esperti e programmatori di computer quantistici. I progressi nella tecnologia quantistica stimoleranno probabilmente la domanda di innovazione in settori come lo storage Cloud, l’estrazione di dati e altre tecnologie.

In qualità di provider di servizi Cloud leader in Europa, OVHcloud è convinta che il calcolo quantistico rappresenti la prossima svolta tecnologica.

"Il XX secolo è stato atomico. Il XXI secolo sarà quantistico."
Octave Klaba, Fondatore e Presidente di OVHcloud

I nostri investimenti nel calcolo quantistico sono diversi:

• OVHcloud offre la soluzione europea di emulatore quantistico più completa del mercato, ancora in crescita. Finora sono disponibili 5 emulatori: Felice di Alice & Bob, Callisto di C12, Pulser di Pasqal, Perceval di Quandela e MyQLM di Eviden. Entro l'estate del 2024, gli utenti su queste piattaforme saranno oltre 1.000. Tramite questa gamma unica di notebook quantistici, OVHcloud mira a rendere disponibili le tecnologie quantistiche nel mondo, adottando un approccio agnostico.

• OVHcloud è alla guida della creazione di un ecosistema quantistico europeo. Per questo motivo il Gruppo promuove il suo Startup Program e sta già aiutando non meno di 16 startup del settore (hardware e software) a crescere, in particolare implementando gli emulatori più recenti o consentendo l’accesso ai computer quantistici di queste startup tramite l’infrastruttura OVHcloud. Stiamo anche investendo nello sviluppo dell'ecosistema quantistico attraverso vari eventi (France Quantum, Le Lab quantum, hackathon e conferenze).

• OVHcloud ha acquisito MosaiQ, un computer quantistico fotonico della società francese Quandela, nel marzo 2023. Questo acquisto permette al Gruppo di accelerare le proprie attività di R&S in settori come la sicurezza, dove il quantum computing fornisce nuove informazioni sui propri prodotti e soluzioni. Si occupa inoltre di testare nuovi concept a livello interno e gettare le basi per le future tecnologie europee destinate ai player industriali.

• OVHcloud è impegnata nella ricerca e nel campo accademico. Per esempio, offre agli studenti di istituti di istruzione superiore come QuanTEdu-France o Telecom Paris l’opportunità di usufruire di 80 ore di accesso alla gamma di emulatori del Gruppo. Alcuni studenti selezionati possono inoltre accedere alla QPU Quandela (processore quantistico) di OVHcloud tramite il Cloud dopo aver esaminato le loro applicazioni. 

OVHcloud continua a investire nel futuro e nell’innovazione contribuendo alla crescita dell’ecosistema quantistico francese ed europeo.

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