Il Fraunhofer Institute ha appena presentato il Quantum System One, il primo computer quantistico superconduttore del paese costruito da IBM.
IBM Quantum
Cinque anni dopo che IBM ha reso disponibile il suo primo processore quantistico a cinque qubit per consentire agli utenti di accedere al cloud, l'azienda ora sta mostrando il primo computer quantistico che ha costruito fisicamente al di fuori dei suoi data center con sede a New York.
Attraverso l'Atlantico, gli scienziati del Fraunhofer Institute tedesco hanno appena presentato l'IBM Quantum System One, il primo computer quantistico superconduttore del paese che Big Blue è stato incaricato di costruire appositamente per l'organizzazione.
Il dispositivo, che contiene uno dei processori Falcon da 27 qubit di IBM, è stato messo online poche settimane fa ed è già stato reso disponibile agli scienziati di Fraunhofer e ad alcuni partner dell'istituto. Gli accademici tedeschi e le organizzazioni al di fuori del Fraunhofer, d'ora in poi, potranno stipulare contratti mensili per utilizzare il computer anche per scopi di ricerca, istruzione e formazione.
La partnership di Fraunhofer con IBM è stata firmata lo scorso anno, segnando l'inizio di un'espansione globale per l'hardware quantistico di Big Blue. La società ha rilasciato il Quantum System One nel 2019, proponendolo come il primo computer quantistico commerciale al mondo; ma fino ad ora, gli utenti hanno avuto accesso al dispositivo solo tramite il cloud, collegandosi al Quantum Computation Center di IBM situato a Poughkeepsie, New York.
Portare fisicamente l'hardware in una nuova posizione per la prima volta non sarebbe mai stato facile e la pandemia globale di COVID-19 ha solo aggiunto alcuni ostacoli in più. In genere, spiega Bob Sutor, capo esponente quantistico presso IBM, l'azienda avrebbe spedito alcune parti chiave e un team di specialisti interni in Germania per assemblare il computer quantistico, ma la pandemia ha significato che questa volta tutto doveva essere fatto a distanza.
Gli ingegneri di IBM hanno dovuto fare affidamento su metodi di assemblaggio remoto ispirati alla NASA. “Come alleni le persone che sono a migliaia di chilometri di distanza, quando non puoi semplicemente correre da loro e dire: 'Fai questo'?” Sutor dice a ZDNet. “Abbiamo dovuto formare i team locali in remoto e lavorare con loro in remoto per assemblare tutto e far funzionare questa macchina. Abbiamo sviluppato nuove tecniche per mettere effettivamente questi sistemi in giro per il mondo senza doverci recare. E ha funzionato”.
Per formare gli ingegneri tedeschi del laboratorio di sviluppo IBM locale, il team di Sutor ha organizzato un corso virtuale di assemblaggio quantistico. Dall'installazione del sistema di refrigerazione del computer alla manipolazione del processore Falcon, nessun dettaglio è stato tralasciato e il dispositivo è stato lanciato con successo in linea con il programma originale.
Per Fraunhofer, ciò significa che l'istituto e i suoi partner avranno ora accesso a un computer quantistico all'avanguardia costruito esclusivamente per le organizzazioni tedesche, invece di fare affidamento sull'accesso cloud ai sistemi con sede negli Stati Uniti.
Da quando è stata annunciata la partnership, l'istituto è stato impegnato a studiare potenziali applicazioni dell'informatica quantistica e a progettare algoritmi quantistici che potrebbero mostrare un vantaggio rispetto ai calcoli eseguiti con l'informatica classica.
Questo perché l'informatica quantistica è nascente e, nonostante l'enorme potenziale che i ricercatori stanno anticipando, gran parte della promessa della tecnologia è ancora teorica. I processori quantistici esistenti come Falcon di IBM hanno troppo pochi qubit e un tasso di errore troppo alto per risolvere problemi su larga scala rilevanti per le aziende. Lo sforzo di ricerca, quindi, consiste nell'individuare i casi d'uso che potrebbero essere adatti alla tecnologia una volta che l'hardware è pronto.
“Gli utenti devono entrare subito, devono capire cosa sono i computer quantistici, per cosa sono utili e quali sono gli approcci praticabili che utilizzano i computer quantistici che daranno loro un vantaggio rispetto all'utilizzo dell'informatica classica”, afferma Sutor.
Al Fraunhofer, i ricercatori hanno esaminato una varietà di applicazioni che vanno dall'ottimizzazione del portafoglio nella finanza alla pianificazione logistica per i produttori, attraverso protocolli di correzione degli errori che potrebbero migliorare l'infrastruttura critica e la simulazione molecolare per spingere la chimica e la scoperta dei materiali.
Lavorando in collaborazione con il Centro aerospaziale tedesco, ad esempio, l'istituto ha condotto ricerche per scoprire se gli algoritmi quantistici potrebbero simulare i processi elettrochimici all'interno del sistema di accumulo di energia, il che a sua volta potrebbe aiutare a progettare batterie e celle a combustibile con prestazioni migliori e altro ancora. densita 'energia.
Per Annkatrin Sommer, coordinatrice della ricerca presso Fraunhofer, la scelta di IBM come partner quantistico è stata un gioco da ragazzi. “Volevamo davvero scegliere una tecnologia all'avanguardia in cui hai la possibilità di iniziare a sviluppare algoritmi il più velocemente possibile”, dice a ZDNet.
L'offerta di IBM nell'informatica quantistica ha alcuni punti di forza significativi. Dal rilascio del suo primo processore quantistico basato su cloud, l'azienda ha ora reso disponibili oltre 20 macchine Quantum System One, a cui accedono più di 145 organizzazioni in tutto il mondo. Ogni giorno vengono stabiliti due miliardi di circuiti quantistici con i processori cloud e IBM è sulla buona strada per rompere un trilione di circuiti prima della fine dell'estate.
I processori Falcon utilizzati nel Quantum System One sono 27 qubit, ma l'azienda sta lavorando in parallelo su un chip chiamato Hummingbird, che ha 65 qubit. Big Blue ha recentemente pubblicato una roadmap per l'hardware quantistico in cui si impegnava a raggiungere oltre 1.000 qubit entro il 2023, abbastanza per iniziare a vedere i primi risultati del calcolo quantistico. In definitiva, IBM punta a produrre un sistema quantistico da un milione di qubit.
“Se dovessi buttare via un sistema giocattolo e dire: 'Ecco qua, gioca, non so se migliorerà mai', a nessuno importerebbe”, dice Sutor. “Le persone hanno bisogno della fiducia che le macchine, il software e le app su di esse saranno in grado di funzionare ragionevolmente rapidamente meglio dei soli computer classici”.
Per un istituto come Fraunhofer, il rapido ridimensionamento delle tecnologie quantistiche che IBM sta promettendo è allettante. E l'organizzazione tedesca non è la sola a scommettere su Big Blue. Quest'anno vedrà anche un IBM Quantum System One installato in Giappone come parte di una partnership con l'Università di Tokyo; e negli Stati Uniti, la Cleveland Clinic ha appena emesso un ordine da 500 milioni di dollari affinché IBM costruisca hardware quantistico on-premise.
Ma nonostante le credenziali di IBM, il team di ricerca di Fraunhofer è anche desideroso di sottolineare che è troppo presto per dire quale approccio – o approcci – all'informatica quantistica mostrerà per primo i risultati. Il settore si sta espandendo rapidamente e con nuove aziende che ogni tanto saltano sul carro quantistico, è difficile distinguere tra clamore e realtà.
Ecco perché, oltre a investire nei qubit superconduttori di IBM, Fraunhofer sta anche studiando l'uso di approcci diversi come le trappole ioniche o il diamante.
“Attualmente, non è chiaro quale tecnologia sarà la migliore”, afferma Sommer, “e probabilmente avremo diverse tecnologie che lavoreranno in parallelo per diversi casi d'uso. Ha senso avviare progetti con approcci diversi e, dopo un po' di tempo, misurare fino a che punto hai ottenuto e se hai raggiunto i tuoi obiettivi. Quindi, decidi con quale tecnologia dovresti procedere.”
Resta che il nuovo brillante Quantum System One della Germania mette il paese in una posizione favorevole per competere in quella che si sta prezzando sempre più a diventare una corsa globale per guidare l'informatica quantistica.
Il governo tedesco ha già lanciato un programma di finanziamento da 2 miliardi di euro (2,4 miliardi di dollari) per la promozione delle tecnologie quantistiche nel paese, che si aggiunge all'ammiraglia quantistica di 1 miliardo di euro (1,20 miliardi di dollari) della Commissione europea .
Nel frattempo, negli Stati Uniti, nel 2018 è stato stanziato un budget di 1,2 miliardi di dollari per il National Quantum Initiative Act. E la Cina, da parte sua, non ha nascosto la sua ambizione di diventare una superpotenza quantistica leader.
Il governo del Regno Unito ha anche investito un totale di 1 miliardo di sterline (1,37 miliardi di dollari) in un programma nazionale di tecnologie quantistiche. Nei prossimi anni, il paese spera di seguire l'esempio della Germania e lanciare il suo primo computer quantistico commerciale, che sarà costruito dalla società californiana Rigetti Computing.
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