Sette aziende produttrici di hardware quantistico si sono aggiudicate contratti multimilionari per costruire una serie di banchi di prova quantistici Centro nazionale di calcolo quantistico entro il 2025 marzo
Del Regno Unito Centro nazionale di calcolo quantistico (NQCC) sta investendo 30 milioni di sterline per creare sette banchi di prova di calcolo quantistico basati su diverse tecnologie hardware entro marzo 2025. Tutti i prototipi a livello di sistema saranno costruiti da società di hardware quantistico presso le strutture dell'NQCC nell'Harwell Campus nell'Oxfordshire e saranno basati su piattaforme tecnologiche all’avanguardia per supportare la missione dell’NQCC di accelerare lo sviluppo di capacità e infrastrutture di calcolo quantistico nel Regno Unito.
Nello stabilire questi banchi di prova quantistici, l’NQCC mira a mostrare, dimostrare e valutare le capacità di diverse soluzioni hardware. Mentre i computer quantistici promettono di trasformare le nostre vite affrontando problemi che vanno oltre la portata delle macchine classiche, è necessario ulteriore lavoro per identificare e superare le sfide critiche che ostacolano lo sviluppo di processori quantistici scalabili in grado di eseguire compiti computazionali più complessi.
Ospitando più banchi di prova su una varietà di piattaforme qubit, il nostro obiettivo è supportare la crescita del settore dell'informatica quantistica del Regno Unito e raggiungere il traguardo della dimostrazione del vantaggio quantistico a lungo termine
Simon Plant, vicedirettore dell'innovazione presso l'NQCC
Di conseguenza, i sette progetti finanziati attraverso l’iniziativa riflettono la gamma di architetture qubit che potrebbero offrire un percorso verso l’informatica quantistica tollerante ai guasti. Rigetti, ad esempio, costruirà un banco di prova con 24 qubit superconduttori, mentre Oxford Ionics dimostrerà una piattaforma di ioni intrappolati basata sulla tecnologia originariamente sviluppata presso l’Università di Oxford. Due dei progetti, assegnati a QuEra e Infleqtion (ex ColdQuanta), assembleranno sistemi hardware basati su atomi neutri, mentre ORCA Computing e Aegiq adotteranno approcci diversi al calcolo quantistico basato sulla fotonica. Il settimo progetto, invece, vedrà Quantum Motion creare una piattaforma dimostrativa che sfrutta gli spin qubit all’interno di un’architettura di chip di silicio.
Contro il tempo
In ogni caso, gli sviluppatori hardware sono stati sfidati a costruire un sistema pienamente funzionante in un arco di tempo di soli 15 mesi. Con tempi così lunghi, l’obiettivo principale di ogni progetto sarà quello di costruire e installare una nuova macchina testata e pronta per il funzionamento, fornendo un sistema di sviluppo stabile e ben caratterizzato, in grado di eseguire algoritmi quantistici o processi quantistici analogici. Nel frattempo, i finanziamenti per la ricerca e lo sviluppo forniti attraverso l’iniziativa consentiranno inoltre alle aziende di incorporare nuove innovazioni che migliorano le capacità delle loro piattaforme hardware.
"Ospitando più banchi di prova su una varietà di piattaforme qubit, il nostro obiettivo è supportare la crescita del settore dell'informatica quantistica del Regno Unito e raggiungere il traguardo della dimostrazione del vantaggio quantistico a lungo termine", afferma Simon Plant, vicedirettore dell'innovazione presso l'NQCC . “La forza della risposta della comunità offre la conferma della visione originale che avevamo per l’NQCC, ovvero che avrebbe dovuto offrire un luogo in cui le persone potessero incontrarsi per costruire, testare e utilizzare computer quantistici”.
L'invito a presentare proposte originale, pubblicato in collaborazione con Innovate UK nell'ambito della Small Business Research Initiative (SBRI), offriva alle aziende la flessibilità di costruire i propri sistemi ovunque nel Regno Unito, ma tutte le offerte vincitrici hanno scelto di installare i propri banchi di prova nelle strutture dell'NQCC nell'Harwell Campus. Dato che la maggior parte del lavoro del progetto si svolge nel Regno Unito, un altro importante risultato del programma sarà il rafforzamento delle catene di approvvigionamento locali per una serie di tecnologie quantistiche, garantendo che ciascuna piattaforma hardware possa essere ulteriormente sviluppata e prodotta nel Regno Unito.
Il potere della comunità
Nella fase di costruzione iniziale, i progetti verranno eseguiti come contratti autonomi mentre i sistemi vengono installati e messi in servizio. Per le aziende con sede all'estero, come le aziende statunitensi Rigetti, QuEra e Infleqtion, la creazione di macchine funzionanti nel Regno Unito offre una preziosa opportunità per impegnarsi più da vicino con la vivace comunità quantistica del Regno Unito, ottenendo accesso alle competenze locali e aprendo la porta a future collaborazioni con le industrie che hanno requisiti più rigorosi per la sicurezza dei dati onshore.
In effetti, in molti modi l’NQCC fungerà da prezioso primo cliente per le macchine quantistiche in fase iniziale sviluppate dalle sette società di hardware quantistico. "Stiamo cercando di creare un ambiente in cui le aziende hardware possano crescere e prosperare", afferma Elham Kashefi, capo scienziato dell'NQCC e direttore del Quantum Software Lab presso l'Università di Edimburgo. “L’NQCC è in una posizione unica per commissionare piattaforme hardware in fase iniziale e per creare un panorama collaborativo che garantisca la protezione della proprietà intellettuale per ogni organizzazione che voglia essere coinvolta”.
Sebbene le aziende di hardware quantistico in molti casi abbiano lavorato in gran parte in isolamento per costruire le loro piattaforme hardware, il forte interesse per il bando di finanziamento suggerisce che queste organizzazioni commerciali possono vedere i vantaggi dell’installazione dei loro sistemi nell’ambiente sicuro e affidabile di un laboratorio nazionale. “Sappiamo dai recenti sviluppi nel campo che gli sviluppatori quantistici possono progettare soluzioni più scalabili comprendendo e ottimizzando l’architettura qubit sottostante nel percorso verso la tolleranza agli errori”, afferma Plant. “L’iniziativa del banco di prova contribuirà a stimolare ulteriore innovazione verso questo obiettivo, inclusa l’incorporazione della correzione degli errori in alcuni sistemi. È un’opportunità per un gruppo di fornitori tecnologici di sperimentare una serie di approcci diversi, lavorando a fianco dell’NQCC per capire come queste innovazioni possano tradursi in prestazioni computazionali migliorate”.
Nonostante i primi successi nello stabilire diverse architetture qubit, ora tutti si trovano ad affrontare le stesse sfide mentre lavorano per ampliare le proprie tecnologie
Elham Kashefi, scienziato capo dell'NQCC e direttore del Quantum Software Lab dell'Università di Edimburgo
Una volta consegnato, l'NQCC testerà e valuterà le prestazioni di ciascun banco di prova, il che potrebbe aprire la strada a futuri progetti di collaborazione che si estendono sia allo sviluppo hardware che a quello software. In effetti, l’NQCC ha già lavorato in collaborazione con organizzazioni del mondo accademico, industriale e governativo per sviluppare casi d’uso per i computer quantistici emergenti e per identificare i colli di bottiglia che devono essere superati per accelerare lo sviluppo e l’adozione di questa tecnologia trasformativa.
“Attraverso il nostro programma SparQ abbiamo creato un gruppo di superutenti quantistici desiderosi di esplorare i vantaggi dell’informatica quantistica per i loro casi d’uso e modelli di business specifici”, commenta Plant. “Il nostro obiettivo è creare collaborazioni tra i primi utilizzatori, che includono NQCC e Quantum Software Lab, con gli sviluppatori hardware che costruiranno questi banchi di prova quantistici”.
Approcci diversi per problemi diversi
Uno degli obiettivi chiave di queste future collaborazioni sarà comprendere le capacità uniche dei diversi approcci hardware, che aiuteranno a trovare nuove strategie per costruire computer quantistici full-stack in grado di offrire un vantaggio prestazionale dimostrabile rispetto alle macchine classiche. «Sebbene si sia riscontrato un successo iniziale nello stabilire diverse architetture qubit, ora tutti si trovano ad affrontare le stesse sfide mentre lavorano per ampliare le proprie tecnologie», spiega Kashefi. “Una comprensione dettagliata di questi dispositivi consentirà agli specialisti di software come me di tenere conto dei vincoli hardware e di aiutare gli sviluppatori hardware a identificare le migliori connettività per supportare il codice di correzione degli errori più recente o per eseguire un particolare algoritmo”.
La disponibilità di banchi di prova fornirà inoltre un quadro sperimentale per gli sforzi in corso volti a sviluppare metodologie per testare e convalidare le prestazioni dei computer quantistici, in particolare per capire quali metriche dovrebbero essere utilizzate per valutare le prestazioni di ciascuna piattaforma hardware. In effetti, l’NQCC sta già lavorando con il National Physical Laboratory su uno schema pilota per creare una rete di standard quantistici a livello del Regno Unito, che richiederà lo sviluppo di protocolli di test e valutazione indipendenti per diverse tecnologie quantistiche.
A livello applicativo, invece, la capacità di eseguire algoritmi quantistici su diverse architetture hardware aiuterà a chiarire quale offre il maggior vantaggio per risolvere un particolare tipo di problema. "Sta già diventando chiaro che non tutte le piattaforme hardware saranno adatte a ogni applicazione", afferma Kashefi. “La conoscenza che speriamo di ottenere attraverso questi banchi di prova quantistici aiuterà l’intera comunità a scoprire quali applicazioni beneficiano maggiormente delle connettività e delle modalità fornite da ciascuna”.
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