Un supercomputer quantistico da 100.000 qubit entro 10 anni: il progetto di IBM

Il 3% circa delle emissioni di anidride carbonica di origine antropica deriva dalla produzione di fertilizzanti con il processo Haber-Bosch, necessario per la produzione di ammoniaca. Rendere tale processo più efficiente porterebbe, dunque, a un miglioramento sensibile nella lotta ai cambiamenti climatici, nonché a risparmi degni di nota per i produttori. Questo è uno degli obiettivi che IBM si è posta nell’annunciare un progetto per un “supercomputer quantocentrico” da 100.000 qubit, assieme alle Università di Tokyo e di Chicago.

Verso un supercomputer quantistico da 100.000 qubit

IBM parla da ormai un anno di “supercomputer quantocentrico”, “quantum-centric supercomputer” in inglese, in quanto intende costruire un supercomputer che sia incentrato sulla componente quantistica, ma che contiene comunque componenti classiche. In altri termini, si potrebbe pertanto parlare di “supercomputer quantistico ibrido”.

Costruire un supercomputer esclusivamente quantistico è, infatti, a oggi impensabile; anche guardando al futuro, i computer classici rimarranno probabilmente una componente fondamentale, anche semplicemente in quanto “ponte” con i computer quantistici. Sarà infatti necessario immettervi i dati, ed estrapolare poi i risultati dei calcoli, compiti per i quali sarà necessario adottare i computer classici.

Ciò che sorprende dell’annuncio di IBM non è pertanto questa visione, di cui l’azienda aveva già parlato lo scorso anno, quanto più la scala e le tempistiche con cui intende realizzarla. L’azienda intende infatti realizzare il primo supercomputer quantocentrico con 100.000 qubit nei prossimi dieci anni, con un investimento verso tale obiettivo di 100 milioni di dollari.

Per realizzare tale visione, come scrive l’azienda nell’annuncio, saranno necessari miglioramenti significativi a tutte le componenti di tale sistema: i computer quantistici in quanto tali, le reti quantistiche che connetteranno i vari nodi del supercomputer, nonché l’integrazione perfetta dei sistemi quantistici e classici. La sfida è significativa. IBM intende usare Quantum System Two, un sistema pensato per essere modulare e che offre un refrigeratore criogenico che contiene le componenti elettroniche necessarie per controllare il computer quantistico al suo interno.

L’azienda afferma che intende avere il primo Quantum System Two in funzione entro la fine del 2023, termine entro il quale intende annunciare anche il nuovo processore “Heron” a 133 qubit. Si tratta di una riprogettazione dei processori passati di IBM, come Eagle: la novità sta nel fatto che Heron è pensato perché molte unità siano connesse in parallelo con un collegamento classico.

L’ultimo ambito su cui IBM lavorerà è quello del middleware, ovvero il software necessario a eseguire i programmi sul supercomputer ibrido. Tale componente è fondamentale per ottimizzare il software per l’esecuzione su un sistema distribuito.

La collaborazione con l’Università di Chicago sfrutterà gli investimenti fatti da quest’ultima nella ricerca sull’ambito quantistico negli anni, che l’hanno portata a essere una delle realtà principali nel mondo in questo settore della ricerca. In particolare, l’università statunitense si concentrerà sulla comunicazione quantistica, la parallelizzazione e le reti quantistiche. L’Università di Tokyo, invece, contribuirà maggiormente nelle aree dove si è specializzata, come l’analisi del rumore nei processori quantistici, lo sviluppo di calcoli efficienti per l’IA quantistica e le simulazioni della chimica quantistica usando un approccio ibrido classico-quantistico.

Le aspettative riguardo i computer quantistici sono molto elevate e riguardano proprio, come citato in apertura, la scoperta di processi chimici più efficienti, di molecole migliori per una vasta gamma di applicazioni (inclusa la farmacologia, ad esempio), di metodi più efficienti per immagazzinare l’energia tramite le batterie e di trasmetterla sulle reti di distribuzione e così via. La promessa dei computer quantistici è di aiutarci a risolvere alcuni dei grandi problemi che stiamo affrontando ora come civiltà nel suo complesso. E il primo passo verso tali soluzioni è la costruzione di questi supercomputer ibridi classici-quantistici.