Nuovi orizzonti invitano al calcolo quantistico nel Regno Unito – Physics World

Mentre le figure di spicco della comunità quantistica del Regno Unito si riunivano a Edimburgo per celebrare il lancio del primo centro di ricerca del paese dedicato al software quantistico, c'era la palpabile sensazione che lo sviluppo dell'informatica quantistica nel Regno Unito stesse entrando in una nuova ed espansiva fase. Tenutosi ad aprile, l'evento di Edimburgo è arrivato appena un mese dopo l'uscita di UK's Strategia quantistica nazionale, che impegna 2.5 miliardi di sterline di nuovi fondi per lo sviluppo di tecnologie quantistiche nei 10 anni a partire dal 2024.

Questo investimento aggiuntivo più che raddoppia il supporto continuo del Regno Unito per la ricerca e l'innovazione quantistica, con la corrente Programma nazionale di tecnologie quantistiche (NQTP) sta già erogando finanziamenti governativi per circa 1 miliardo di sterline dal 2014. La nuova strategia mira anche a capitalizzare i rapidi progressi compiuti negli ultimi 10 anni, sia in termini di risultati tecnici che di nascita di un ecosistema quantistico vivace e collaborativo, ponendo maggiore enfasi sulla traduzione della scienza rivoluzionaria in pratici computer quantistici che forniscono un valore reale per la società e l'economia.

"Abbiamo alcune domande importanti a cui rispondere", ha affermato Sir Peter Knight dell'Imperial College di Londra, uno dei principali artefici del nuovo quadro strategico e del NQTP. “A cosa serve un computer quantistico? Come confrontiamo e convalidiamo le prestazioni? Dove dovremmo concentrare i nostri sforzi per ottenere risultati rapidi e di valore?"

Il Quantum Software Lab (QSL) mira ad affrontare alcune di queste domande, con un focus chiave sullo studio di modi pratici per sfruttare il calcolo quantistico per risolvere problemi che sono al di là della portata delle macchine classiche. Il laboratorio, ospitato dalla School of Informatics dell'Università di Edimburgo, è stato istituito in collaborazione con il Centro nazionale di calcolo quantistico (NQCC) e mira ad accelerare lo sviluppo e l'adozione del calcolo quantistico collaborando con i partner del settore per tradurre le loro sfide computazionali più irritanti in casi d'uso che possono essere affrontati attraverso il calcolo quantistico.

"Vogliamo capire i punti deboli in diversi settori", ha affermato Elham Kashefi, direttore del QSL. Kashefi è professore di informatica quantistica all'Università di Edimburgo e direttore della ricerca del CNRS all'Università della Sorbona di Parigi, ed è stato nominato scienziato capo dell'NQCC nel novembre 2022. "Questo ci consentirà di sviluppare casi d'uso e applicazioni per l'informatica quantistica computer che risolvono problemi reali.”

Tali ambizioni sono in linea con il programma di coinvolgimento degli utenti dell'NQCC, chiamato SparQ, che mira a esplorare le applicazioni pratiche del calcolo quantistico per creare consapevolezza e competenze tra i potenziali utenti finali della tecnologia. Il programma SparQ fornisce l'accesso alle risorse di calcolo quantistico emergenti insieme a opportunità di formazione e networking, e il team QSL lavorerà a stretto contatto con gli specialisti dell'innovazione e gli ingegneri applicativi dell'NQCC per identificare e sviluppare casi d'uso in cui il calcolo quantistico può offrire un vantaggio dimostrabile rispetto alle soluzioni classiche. "Questo sforzo congiunto creerà una capacità di ricerca di base per affrontare alcune delle sfide chiave nello sviluppo di software quantistico, aprendo la strada ad applicazioni pratiche dell'informatica quantistica che possono avere un impatto reale sul settore", ha commentato Michael Cuthbert, direttore del NQCC . "L'esperienza all'interno di QSL aiuterà a guidare l'adozione da parte degli utenti e fornirà un percorso per dimostrare il vantaggio quantistico".

Creando un punto focale per lo sviluppo di software quantistico nel Regno Unito, il QSL mira ad attrarre nuovi talenti della ricerca, fornire istruzione e formazione per la prossima generazione di sviluppatori quantistici e fornire una fonte di competenze scientifiche per la più ampia comunità quantistica. In un certo senso colma una lacuna nel panorama quantistico del Regno Unito, con i primi anni dell'NQTP incentrati principalmente sulla dimostrazione di nuove architetture qubit e sullo sviluppo di algoritmi quantistici per l'esecuzione di compiti computazionali specifici. Ora che l'enfasi si è spostata sulla costruzione di computer quantistici pratici, c'è una maggiore necessità di software per controllare i processori quantistici di base, caratterizzare e mitigare gli errori causati dal rumore e fornire le connessioni critiche tra l'hardware quantistico e l'infrastruttura informatica classica.

"Il software quantistico è il collante che riunisce tutti i diversi elementi di un computer quantistico", ha commentato Matthias Christandl dell'Università di Copenaghen, primo promotore del nuovo Istituto europeo di software quantistico, intervenendo all'evento di lancio. "Richiede l'ingegnosità degli scienziati del software quantistico per sfruttare la notevole potenza dell'hardware quantistico, mentre anche il co-sviluppo di hardware e software sarà cruciale man mano che le diverse architetture di qubit continuano ad evolversi".

Mentre il QSL lavorerà in collaborazione con l'NQCC per esplorare casi d'uso specifici in diversi settori industriali, svilupperà anche approcci teorici e matematici generalizzati che possono essere applicati a diverse piattaforme e applicazioni hardware. La ricerca presso il laboratorio fornirà le conoscenze fondamentali per le fasi di follow-up del programma NQCC nel software e nelle applicazioni quantistiche e aprirà anche la strada alla prima piattaforma cloud distribuita sicura e verificabile del Regno Unito per il calcolo quantistico. "Dobbiamo mantenere una mente aperta e consentire la ricerca del cielo blu", ha affermato Kashefi. "I progressi della scienza possono consentire nuove applicazioni, mentre nuove applicazioni possono ispirare nuove direzioni di ricerca".

Uno degli obiettivi chiave del programma di ricerca del laboratorio è sviluppare gli strumenti necessari per dimostrare se una soluzione abilitata alla quantistica raggiunge un reale vantaggio in termini di prestazioni rispetto a un supercomputer tradizionale. "Abbiamo bisogno di metodi formali per verificare se un approccio risolve il problema e offre un vantaggio quantistico", ha affermato Kashefi. "Vogliamo esplorare l'universo delle possibili applicazioni e scoprire dove si può ottenere un vantaggio quantistico e dove no".

Kashefi's ritiene che i risultati della scoperta scientifica di QSL aiuteranno a guidare lo sviluppo di nuove soluzioni software che possono essere utilizzate per risolvere problemi del mondo reale. "Vogliamo essere il motore che riunisce tutto", ha detto. All'interno del quadro generale del laboratorio c'è una chiara attenzione alla traduzione di casi d'uso specifici in soluzioni pratiche, con i ricercatori senior del team responsabili della definizione dei casi d'uso iniziali, della traduzione dei requisiti in un problema di ricerca, dello sviluppo e dell'ottimizzazione di algoritmi quantistici appropriati e quindi del benchmarking la soluzione per assicurarsi che soddisfi i requisiti dell'applicazione. "Il nostro obiettivo è creare una cultura di start-up all'interno di un ambiente accademico", ha aggiunto Kashefi.

Situata presso la School of Informatics dell'Università di Edimburgo – con un certo margine la più grande del suo genere nel Regno Unito – la QSL avrà accesso a preziose competenze in tutte le aree dell'informatica. Circa 30 ricercatori sono già coinvolti nel laboratorio, mentre il team ha anche un collegamento diretto con l'EPCC, il centro di eccellenza dell'università nel supercalcolo e nella scienza dei dati. "Per ottenere il meglio dagli attuali computer quantistici, devono operare all'interno di un ambiente informatico classico", ha affermato Kashefi. "Abbiamo bisogno di competenze nel calcolo ad alte prestazioni per aiutare a ottimizzare le architetture di sistema e i sistemi di controllo e per creare piattaforme distribuite che combinino l'hardware quantistico con le risorse di calcolo classiche".

Il team QSL è anche in una posizione perfetta per interagire con scienziati e ingegneri dell'università che stanno lavorando su problemi di ricerca che possono essere affrontati con il calcolo quantistico, come simulazioni molecolari in chimica o problemi a molti corpi in fisica. Più in generale, l'obiettivo è creare un ambiente aperto che favorisca la collaborazione sia con gruppi accademici che con partner industriali. "Vogliamo che la nostra ricerca abbia il più ampio impatto possibile", ha affermato Craig Skeldon, responsabile dello sviluppo aziendale di QSL. "Il nostro obiettivo è entrare in contatto con utenti finali in diversi settori per sviluppare soluzioni pratiche e lavorare con fornitori di hardware e software che stanno sviluppando prodotti innovativi".

La partnership strategica del laboratorio con l'NQCC contribuirà anche a creare una comunità di specialisti di software quantistico che possono lavorare con altre parti interessate, inclusi sviluppatori di hardware e utenti finali in tutto il governo, il mondo accademico e l'industria, per guidare lo sviluppo e l'adozione di pratici computer quantistici. "Ci vuole un intero ecosistema per sviluppare un utile computer quantistico", ha concluso Kashefi al termine dell'evento di lancio. "L'NQCC è il partner ideale per la QSL e siamo pronti per la sfida".

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/new-horizons-beckon-for-uk-quantum-computing/