IBM ha recentemente annunciato un’ambiziosa iniziativa decennale del valore di 100 milioni di dollari in collaborazione con l’Università di Tokyo e l’Università di Chicago. L’obiettivo di questa collaborazione è lo sviluppo di un supercomputer quantistico rivoluzionario, alimentato da un incredibile numero di 100.000 qubit.
L’avvento del supercalcolo quantistico rappresenterebbe una svolta significativa nel campo dell’alta prestazione computazionale, aprendo nuove possibilità finora inesplorate. Un sistema con 100.000 qubit sarebbe in grado di affrontare alcune delle sfide più urgenti che il mondo affronta oggi e che nemmeno i supercomputer più avanzati attualmente disponibili sarebbero in grado di risolvere.
Immagina quanto potrebbe essere rivoluzionario un sistema quantistico così potente, in grado di fornire una comprensione completamente nuova delle reazioni chimiche e dei processi molecolari. Questo potrebbe consentire ai ricercatori di studiare il cambiamento climatico, sviluppando metodi migliori per catturare il carbonio, scoprire materiali per batterie più efficienti ed ecologiche per veicoli e reti energetiche, nonché identificare fertilizzanti energeticamente più efficienti.
Per dare il via a questa nuova era del calcolo quantistico, è necessaria una collaborazione globale che metta insieme talenti e risorse provenienti da industrie e istituti di ricerca. IBM lavorerà a stretto contatto con l’Università di Chicago, l’Università di Tokyo e l’ecosistema più ampio di IBM per avanzare nelle tecnologie fondamentali di questo sistema e per progettare e costruire i componenti necessari su larga scala nel corso del prossimo decennio.
IBM prevede inoltre di espandere questa collaborazione coinvolgendo l’Argonne National Laboratory e il Fermilab National Accelerator Laboratory, entrambi membri del Chicago Quantum Exchange e sede di importanti centri di ricerca nel campo dei quanti del Dipartimento dell’Energia. Questi laboratori offrono capacità e competenze che possono contribuire allo sviluppo delle tecnologie necessarie per costruire un supercomputer basato sui quanti.
Arvind Krishna, Presidente e CEO di IBM, ha affermato: “Negli ultimi anni, IBM è stata all’avanguardia nell’introdurre la tecnologia quantistica nel mondo. Abbiamo compiuto progressi significativi lungo la nostra strada e la nostra missione di creare una tecnologia quantistica utile a livello globale. Ora, in collaborazione con i nostri partner, possiamo finalmente esplorare e sviluppare una nuova classe di supercalcolo basata sui quanti”.
Paul Alivisatos, Presidente dell’Università di Chicago, ha commentato: “Per raggiungere scoperte su larga scala nella tecnologia quantistica, è necessaria una collaborazione profonda e produttiva su scala globale, coinvolgendo una vasta gamma di partner industriali, accademici e governativi. L’Università di Chicago è entusiasta di partecipare a questa iniziativa, in cui la scoperta scientifica e l’innovazione tecnologica si uniranno per portare a vere svolte”.
Il dottor Teruo Fujii, Presidente dell’Università di Tokyo, ha aggiunto: “Ci aspettiamo che questa partnership porti a importanti scoperte scientifiche, acceleri l’adozione del calcolo quantistico per la prossima era e affronti le sfide sociali critiche dell’umanità. Inoltre, miriamo a contribuire a creare una società futura migliore attraverso la formazione di talenti diversificati”.
Il piano per questo supercomputer quantistico coinvolgerà innovazioni a tutti i livelli dell’architettura informatica, combinando il calcolo quantistico e la comunicazione quantistica e integrando perfettamente flussi di lavoro quantistici e classici tramite il cloud ibrido.
Poiché un computer di questa portata non è mai stato realizzato in precedenza, il primo passo sarà la stesura di un progetto che preveda l’integrazione di computer classici e quantistici, una sfida che finora non è stata affrontata con successo. Ciò aprirà nuovi orizzonti per la comunicazione quantistica e la tecnologia informatica.
La base di questo sistema includerà le pietre miliari delineate nella Quantum Development Roadmap di IBM. Queste includono la capacità di scalare e collegare un numero crescente di processori quantistici attraverso interconnessioni quantistiche, nonché la tecnologia per mitigare gli errori e sfruttare appieno i processori quantistici potenti ma soggetti a rumore.
Entro la fine del 2023, IBM prevede di presentare tre elementi fondamentali per l’architettura dei supercomputer quantistici. Il primo è il nuovo processore “IBM Heron” da 133 qubit, che rappresenta una rielaborazione completa delle generazioni precedenti di processori quantistici IBM, con un nuovo gate a due qubit che garantisce prestazioni superiori. Sarà inoltre compatibile con futuri sviluppi, consentendo ai processori modulari di espandere le dimensioni del computer.
Il secondo elemento è l’introduzione dell’IBM Quantum System Two, un nuovo sistema di punta progettato per essere modulare e flessibile, consentendo la scalabilità dei suoi componenti, compresi l’elettronica di controllo classica e l’infrastruttura di cablaggio criogenico ad alta densità. Questo sistema dovrebbe essere operativo entro la fine del 2023.
Il terzo elemento è l’introduzione di un middleware per il calcolo quantistico, un insieme di strumenti per eseguire carichi di lavoro su processori sia classici che quantistici. Questi strumenti includono la scomposizione, l’esecuzione parallela e la ricostruzione dei carichi di lavoro, consentendo soluzioni efficienti su larga scala.
Nel prossimo decennio, IBM collaborerà con i partner universitari e il suo ecosistema quantistico globale per evolvere il modo in cui i processori quantistici possono essere collegati tramite interconnessioni quantistiche. Questo lavoro mirerà a consentire operazioni quantistiche tra processori altamente efficienti e precisi e a sviluppare un’infrastruttura di componenti di sistema affidabile, flessibile ed economica per consentire la scalabilità a 100.000 qubit.
La collaborazione di IBM con l’Università di Chicago si baserà sulle forze del polo di ricerca quantistica di Chicago. L’Università di Chicago ha svolto un ruolo fondamentale nello sviluppo dell’ecosistema quantistico nella regione, diventando uno dei principali centri di ricerca quantistica a livello globale. In collaborazione con l’Argonne National Laboratory, il Fermilab National Accelerator Laboratory e altri partner accademici e industriali, gli scienziati dell’Università di Chicago continueranno a espandere la comprensione e l’utilizzo della tecnologia quantistica.
Insieme a IBM, i ricercatori dell’Università di Tokyo hanno dedicato i loro sforzi all’analisi approfondita del rumore all’interno dei processori quantistici, allo sviluppo di algoritmi efficienti per l’intelligenza artificiale quantistica e alla simulazione della chimica quantistica utilizzando calcoli ibridi quantistici-classici. Questa partnership promette di contribuire a importanti scoperte scientifiche e all’avanzamento dell’adozione del calcolo quantistico nella prossima era.