Preparati per le Unità di Processori Quantistici Personalizzate

Ogni volta che un'azienda vuole svilupparsi all'avanguardia della tecnologia, richiede un'enorme quantità di sviluppo partendo da zero. Nel regno del calcolo quantistico, questo è ancora vero; le aziende che vogliono operare in questo ambito tecnologico devono costruire praticamente tutto da zero. Ma oggi, l'industria ha compiuto un passo importante verso l'accelerazione dello sviluppo dei dispositivi quantistici.

Il 28 marzo 2022, l'azienda olandese QuantWare ha annunciato che i clienti interessati possono acquistare unità di elaborazione quantistica personalizzate da 25 qubit (QPU), che hanno denominato Contralto. Questo annuncio segue quello di luglio 2021 relativo a un processore da 5 qubit disponibile a scaffale. L'azienda sostiene che un dispositivo Contralto personalizzato può essere fabbricato, confezionato e consegnato ai clienti in soli 30 giorni. È un passo avanti convincente per un'industria nascente che ha il potenziale per risolvere alcuni dei problemi computazionali più difficili.

Sebbene l'annuncio sia convincente, così come l'idea dei dispositivi quantistici in generale, annunci come questo dovrebbero essere valutati rispetto allo stato attuale della tecnologia quantistica nel complesso. Ci sono ancora grandi sfide da risolvere oltre al posizionamento di qubit su un die semiconduttore, ma l'industria sta seguendo la tendenza familiare vista con i computer classici che alla fine porta alla standardizzazione e alla commercializzazione.

L'unità di elaborazione quantistica a 25 qubit di QuantWare

Il nuovo prodotto Contralto offerto da QuantWare viene fornito in un imballaggio standard necessario per interfacciarsi con i computer quantistici di oggi. Questo include un array di connettori coassiali posizionati sulla parte superiore del pacchetto per trasmettere segnali RF dentro/fuori dal sistema. Quando diciamo "imballaggio standard", non ci riferiamo a componenti BGA o SOIC; il nuovo processore assomiglia al pacchetto mostrato di seguito.

Solo perché questo prodotto viene fornito in un bel pacchetto piano non significa che si possa semplicemente montarlo su una scheda elettronica. Ci sono alcune sfide che devono essere superate prima:

• È ancora necessario sapere come progettare il proprio circuito quantistico con i qubit. Questo non è il tipico logica sequenziale/combinatoria utilizzata nei processori standard.
• Questi dispositivi funzionano a temperature criogeniche, quindi il sistema avrà bisogno di un'unità criorefrigerante per mantenere parti del sistema alla temperatura appropriata.
• Il sistema di controllo e lettura necessario per sondare gli stati dei qubit non è incluso. In questo momento, nessuno di questi è hardware disponibile a scaffale, è tutto costruito su misura.

Non siamo ancora al punto di acquistare chip per smartphone quantistici, ma ciò rappresenta uno sviluppo importante per l'industria e mostra come i processori quantistici possano seguire un trend di sviluppo e commercializzazione simile a quello dei processori classici.

Questo solleva la domanda, cosa si può fare con 25 qubit? È questa una grande potenza di calcolo? Francamente, no, non è molta potenza di calcolo rispetto alle odierne server farm o supercomputer. Tuttavia, l'accesso a così tanta potenza di qubit in un piccolo pacchetto rende questi chip importanti strumenti di R&D che aiutano gli sviluppatori a costruire applicazioni molto più realistiche.

Dolori di Crescita Quantistici

Secondo ogni previsione, il futuro appare ancora luminoso per il calcolo quantistico, sia in termini di crescita del mercato, sviluppo tecnologico che ampiezza delle applicazioni per queste tecnologie. Le stime attuali sulla dimensione del mercato variano da 830 milioni a 5 miliardi di dollari entro il 2024. Anche Wall Street sta entrando nel gioco del calcolo quantistico; alcune delle startup di calcolo quantistico più note sono state portate in borsa attraverso fusioni con SPAC da miliardi di dollari nel 2021.

Per tutti i successi degli ultimi anni, che vanno dal radar quantistico intrecciato alla creazione delle fondamenta per un internet quantistico, ci sono ancora scettici che credono che la tecnologia sia sopravvalutata. Lo stesso giorno dell'annuncio di QuantWare, il MIT ha pubblicato un articolo di opinione intitolato “Il calcolo quantistico ha un problema di hype”, scritto dal noto fisico Sankar Das Sarma, direttore del Condensed Matter Theory Center presso l'Università del Maryland (College Park). L'articolo del Dr. Sarma tenta di riportarci alla realtà della tecnologia quantistica attuale evidenziando le sfide nell'ingrandire qualcosa come il processore di QuantWare a miliardi di qubit. In particolare, scrive:

Sebbene concordi in larga misura con l'osservazione citata del Dr. Sarma, mi opporrei all'idea che la tecnologia quantistica sia tutta apparenza e poca sostanza semplicemente perché l'attuale architettura dei processori quantistici presenta difficoltà di scalabilità. Immaginate se avessimo avuto quell'atteggiamento negli anni '50, quando i circuiti integrati monolitici venivano sviluppati presso Fairchild, o ancora nel 2002, quando il CTO di Intel Pat Gelsinger (ora CEO) notò che scalare l'architettura della CPU dell'epoca avrebbe prodotto più calore di un reattore nucleare. Ovviamente ci sono sfide di scalabilità, e non penso sia giusto estrapolare una visione irrealizzabile dei futuri computer quantistici basata sulle sfide di scalabilità che esistono oggi.

Indipendentemente dal fatto che si pensi che la tecnologia sia sopravvalutata o che si ritenga che cambierà il mondo, l'industria sta avanzando nello sviluppo quantistico a una velocità impressionante. Finora, il mercato è costellato da alcuni grandi nomi e una miriade di startup innovative. Alcuni degli strumenti di sviluppo e degli sforzi dell'industria che supportano i sistemi di informazione quantistica includono:

• Linguaggi di programmazione quantistica come Q#, QISKit e Pytket
• Sviluppo di interi stack di applicazioni quantistiche
• Standardizzazione delle prestazioni, della terminologia e dell'evoluzione da parte di IEEE, ISO, IEC e altri enti di normazione
• Accesso al tempo di calcolo quantistico sulla cloud per lo sviluppo di applicazioni

Come possiamo vedere dalla lista sopra, tutto ciò che manca è l'hardware! Altre aziende puntano a numeri di qubit molto più elevati per i loro processori. Ad esempio, il processore Osprey di IBM da 433 qubit dovrebbe arrivare sul mercato quest'anno, e il suo processore Condor da 1.121 qubit è atteso nel 2023. Il sacro Graal del calcolo quantistico da un milione di qubit dovrebbe occupare tanto spazio quanto un data center, secondo la startup di calcolo quantistico PsiQuantum.

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