Le partnership spingono verso il vantaggio quantistico – Physics World

Uno dei tanti fattori che hanno contribuito al successo del Programma nazionale per le tecnologie quantistiche (NQTP) del Regno Unito è stata la sua enfasi sul potere della collaborazione. Alla sua nascita nel 2014, l’NQTP ha istituito quattro centri di ricerca che hanno consentito a gruppi accademici di tutto il Regno Unito di condividere conoscenze e risorse, accelerando lo sviluppo di nuove tecnologie quantistiche e catalizzando lo sviluppo di un fiorente settore di start-up.

Questa cultura della collaborazione è stata pienamente abbracciata dal National Quantum Computing Center (NQCC), lanciato nel 2020 come iniziativa faro dell’NQTP. Con un programma diversificato di attività che spaziano dallo sviluppo tecnologico, alla fornitura di infrastrutture e al coinvolgimento degli utenti finali, il laboratorio nazionale ha creato collegamenti strategici con partner sia industriali che accademici per raggiungere il suo obiettivo principale di dimostrare il vantaggio quantistico, il punto in cui un computer quantistico può risolvere un problema specifico più velocemente della sua controparte classica – entro il 2025.

In uno sviluppo degno di nota, annunciato nel novembre 2023, un accordo con IBM Quantum fornirà all’NQCC e ai suoi collaboratori l’accesso basato su cloud all’intera flotta di computer quantistici del gigante informatico. Tra questi ci sono più macchine con 127 qubit, che forniscono ciò che l’azienda definisce calcolo quantistico “su scala industriale”.

“Gli sviluppatori quantistici utilizzano da molto tempo un piccolo numero di qubit, ma devono anche lavorare con macchine su larga scala per dimostrare come i computer quantistici siano diventati strumenti utili per risolvere classi di problemi oltre la simulazione classica della meccanica quantistica a forza bruta”, ha spiegato Adam Hammond di IBM, intervenendo all'annuale National Quantum Technologies Showcase a Londra all'inizio di novembre. “Il nostro obiettivo in IBM è anticipare il giorno in cui i computer quantistici potranno svolgere un lavoro difficile da ottenere con i computer classici e, infine, fornire un chiaro vantaggio in casi d’uso a vantaggio dell’industria e del progresso della scienza”.

Sebbene l’accesso all’hardware quantistico sarà fornito come servizio commerciale, l’accordo consentirà inoltre all’NQCC di aderire alla Quantum Network di IBM, che riunisce circa 250 organizzazioni da tutto il mondo. “Incoraggiamo la collaborazione tra i membri della rete e con noi, esaminando aspetti come lo sviluppo di algoritmi e l’applicazione dell’informatica quantistica a casi d’uso pratici in cui pensiamo di poter raggiungere prima il vantaggio quantistico”, ha spiegato Hammond. “Siamo solo all’inizio della nostra partnership con l’NQCC e siamo ansiosi di esplorare come possiamo far crescere tale partnership lavorando insieme e condividendo le nostre conoscenze ed esperienze”.

Quest'ultima collaborazione si basa su un accordo tecnologico esistente con Oxford Quantum Circuits, che fornisce l'accesso al suo processore quantistico Lucy per progetti finanziati attraverso il programma di coinvolgimento degli utenti dell'NQCC, chiamato SparQ. Allo stesso tempo, l’NQCC sta sviluppando capacità di emulazione quantistica, una tecnica che consente a un computer classico di eseguire circuiti quantistici allo stesso modo di una macchina quantistica. In questo caso l'NQCC sta sfruttando un potente programma software creato presso l'Università di Oxford, chiamato Quantum Exact Simulation Toolkit (QuEST), e sta attualmente lavorando con uno degli sviluppatori originali per ottimizzare le sue capacità per l'uso sul calcolo ad alte prestazioni cluster presso l'Harwell Campus.

Nel frattempo, una partnership più consolidata con il National Physical Laboratory (NPL) si estende dallo sviluppo di standard fino alla collaborazione tecnologica. In una nuova iniziativa, annunciata anch’essa all’inizio di novembre, le due strutture nazionali diventeranno membri fondamentali di una rete pilota per gli standard quantistici nel Regno Unito. "L'NQCC porterà le proprie competenze e conoscenze nell'informatica quantistica, nonché i propri collegamenti con la comunità delle start-up", spiega John Devaney, responsabile degli standard quantistici dell'NPL. “Possiamo condividere la nostra esperienza nello sviluppo di standard, tenendo allo stesso tempo traccia delle iniziative internazionali che potrebbero influenzare il nostro approccio qui nel Regno Unito”.

Al Quantum Standards Network Pilot parteciperanno anche rappresentanti di enti governativi, l'organizzazione per gli standard BSI e UKQuantum, un'associazione industriale che mira a fornire un'unica voce alle aziende che sviluppano tecnologie quantistiche. Lo scopo del progetto pilota è quello di avviare una conversazione sugli standard e sull'accreditamento per le piattaforme quantistiche emergenti, trovare il modello migliore per una collaborazione efficace tra le principali parti interessate nel Regno Unito e motivare un focus a lungo termine sullo sviluppo di standard che supportino la crescita di l’ecosistema quantistico del Regno Unito.

“Gli standard riguardano l’apertura dei mercati e la promozione dell’innovazione, ma esiste anche il rischio di standardizzare troppo presto o in modo troppo ristretto”, afferma Devaney. “La rete pilota fornirà un forum in cui le persone potranno condividere informazioni e discutere idee, inoltre organizzeremo workshop focalizzati su particolari settori industriali in modo che gli sviluppatori quantistici possano parlare con potenziali clienti delle garanzie di cui avranno bisogno per essere sicuri che la tecnologia funzionerà per loro."

Devaney sottolinea che il primo passo verso lo sviluppo di standard è stabilire protocolli di test e valutazione adeguati per diverse tecnologie quantistiche, qualcosa su cui NPL lavora da molti anni. “Collaboriamo già con aziende start-up e organizzazioni di ricerca per fornire misurazioni e caratterizzazioni indipendenti dei loro prototipi”, afferma. "Lavorando con l'NQCC saremo in grado di tradurre tali procedure di test e misurazione in standard appropriati per la comunità di calcolo quantistico del Regno Unito."

L'esperienza di NPL nei test e nelle misurazioni quantistiche aiuterà anche i team tecnici dell'NQCC nella creazione di piattaforme sperimentali basate su trappole ioniche, circuiti superconduttori e, nell'aggiunta più recente, atomi neutri. Oltre alla caratterizzazione di queste piattaforme informatiche emergenti, NPL ha anche sviluppato tecnologie quantistiche simili per applicazioni in metrologia, compresi dispositivi a trappola ionica originariamente sviluppati per misurazioni di tempo e frequenza. I chip con trappole ioniche sviluppati presso NPL hanno anche il potenziale per essere utilizzati per l’informatica quantistica, che in futuro dovrebbe diventare un’area di collaborazione fruttuosa tra i due laboratori nazionali.

In effetti, la prima piattaforma di trappola ionica costruita presso l’NQCC sfrutta un dispositivo emerso dalla ricerca dell’Università di Oxford, dimostrando come il lavoro pionieristico nel settore accademico del Regno Unito possa consentire ai team tecnici dell’NQCC di concentrarsi sull’ampliamento della tecnologia piuttosto che che progettare e costruire nuovi dispositivi da zero. Nell’ultimo anno i ricercatori quantistici dell’NQCC hanno anche visitato importanti gruppi accademici nel Regno Unito per comprendere le migliori pratiche attuali, prendere decisioni informate sulla progettazione sperimentale ed esplorare le possibilità di future collaborazioni – con il team di trappola ionica già coinvolto in diversi progetti congiunti progetti con partner accademici e industriali.

Nel frattempo, la nuova partnership dell'NQCC con il Quantum Software Lab (QSL) dell'Università di Edimburgo sta già aprendo nuove entusiasmanti opportunità per impegnarsi con l'industria nello sviluppo di applicazioni. Il primo progetto in cantiere, annunciato all’inizio di novembre, vedrà i ricercatori di QSL e NQCC lavorare con la banca principale HSBC e il fornitore di tecnologia Rigetti per sviluppare approcci di apprendimento automatico quantistico per affrontare il crescente problema del riciclaggio di denaro.

Questa collaborazione è in linea con le ambizioni dell'NQCC di esplorare le prime applicazioni di grande impatto dell'informatica quantistica, mostrando il potenziale della tecnologia, stimolando l'adozione da parte degli utenti e dando forma alla comunità di utenti dell'informatica quantistica del Regno Unito

Elham Kashefi, direttore della QSL e capo scienziato dell'NQCC

HSBC sfrutta già l'apprendimento automatico classico per rilevare anomalie nelle transazioni finanziarie che potrebbero indicare comportamenti criminali e ritiene che una soluzione quantistica potrebbe ridurre i rischi e migliorare i suoi servizi antifrode. “I tassi crescenti di criminalità finanziaria a livello globale significano che è imperativo trovare un modo migliore per impedire alle persone di diventare vittime dei truffatori”, ha commentato Martin Brown, specialista in analisi delle frodi presso HSBC. “L’informatica quantistica ha il potenziale per cambiare le regole del gioco in questo campo”.

Nell’ambito del progetto, QSL assumerà la guida dello sviluppo di algoritmi di apprendimento automatico quantistico, che verranno poi eseguiti sulla piattaforma a 24 qubit di Rigetti. Ma i partner del progetto stanno già lavorando a stretto contatto per sviluppare una soluzione ottimale e pratica. "Abbiamo riunioni di progetto ogni due settimane per garantire che gli algoritmi che stiamo sviluppando utilizzino al meglio le capacità dell'hardware", spiega Ross Grassie, responsabile del programma tecnico della QSL. “HSBC è anche molto desiderosa di saperne di più sugli approcci di apprendimento automatico quantistico e il loro coinvolgimento fin dall’inizio ci aiuterà a creare una soluzione pratica che soddisfi le loro esigenze”.

Per Elham Kashefi, direttore della QSL e capo scienziato dell'NQCC, il progetto mostra come l'industria e il mondo accademico possono lavorare insieme per accelerare l'innovazione e sviluppare soluzioni quantistiche che soddisfino una chiara esigenza commerciale. "Questo è uno dei primissimi progetti della QSL e non vediamo l'ora di utilizzarlo come modello di lavoro per altri progetti futuri", afferma. "Questa collaborazione è in linea con le ambizioni dell'NQCC di esplorare le prime applicazioni di grande impatto dell'informatica quantistica, mostrando il potenziale della tecnologia, stimolando l'adozione da parte degli utenti e dando forma alla comunità di utenti dell'informatica quantistica del Regno Unito."

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/partnerships-push-for-quantum-advantage/