È tutto a firma italiana il nuovo traguardo del Quantum Computing: il team napoletano di Seeqc, guidato dal ricercatore Marco Arzeo, ha sviluppato e misurato con successo un’operazione logica (gate) a due-qubit. Quello di Seeqc è il primo team italiano e uno dei pochi tra una manciata di altre aziende internazionali di computazione quantistica a raggiungere questo traguardo ingegneristico.
Seecq è un’azienda di computazione quantistica digitale con sedi negli Usa e in Europa. A Napoli lavora con un team nato dalla collaborazione con l’Università Federico II, tra le più avanzate in Europa per la ricerca nei circuiti superconduttivi e nei dispositivi quantistici. La misura di un gate a due-qubit rappresenta un passo cruciale per il Quantum Computing Seeqc nel portare avanti il design e lo sviluppo di una piattaforma commerciale, capace di risolvere problemi specifici con algoritmi specifici.
L’innovazione di Seeqc è nell’approccio alla parte hardware della computazione quantistica, spiega Arzeo: a differenza dei colossi più noti del Quantum Computing, Seeqc usa l’elettronica digitale accoppiata a un processore quantistico e utilizzata per la lettura e il controllo del quantum bit.
Il Quantum Computing Seeqc sposa l’elettronica classica
Perché puntare in questa direzione? «La cosiddetta supremazia quantistica è stata finora dimostra su una macchina a 50 qubit», spiega Arzeo. «Ma per calcoli avanzati servono migliaia se non milioni di qubit, con i conseguenti problemi di occupazione dello spazio, raffreddamento delle macchine e degrado della qualità del calcolo».
Who's Who
Marco Arzeo
Ricercatore e Manager del laboratorio Seeqc a Napoli
Il rischio è un approccio aggressivo, con supercomputer dalle dimensioni giganti ma che non riescono a superare il limite delle migliaia di qubit. Il metodo del Digital Quantum Computing Seeqc risolve questo problema creando circuiti integrati che uniscono il qubit con l’elettronica di controllo digitale.
Il calcolo quantistico digitale combina infatti la computazione classica con quella quantistica, creando un’architettura completamente digitale e provando a superare così i problemi di efficienza, stabilità e costi che si presentano spesso con i sistemi di calcolo quantistico basati su un’infrastruttura analogica e di controllo a microonde (tecnologia CMOS).
Questa nuova architettura include circuiti digitali di proprietà Seeqc combinati con circuiti contenenti bit quantistici (qubit) in una struttura modulare raffreddata nella stessa unità criogenica. L’architettura su circuito di Gestione Quantistica Digitale (DQM, Digital Quantum Management) di Seeqc consente all’azienda di co-progettare hardware quantistico specifico.
Infatti, il Quantum Computing Seeqc è anche application-specific: la società lavora con partner industriali per consegnare al mercato, nell’arco dei prossimi 3-5 anni, una piattaforma di computazione quantistica che risolve problemi specifici.
Digital Quantum Computing: il gate a due-qubit
Lo sviluppo di un gate a due-qubit rappresenta un traguardo ingegneristico fondamentale per il Quantum Computing Seeqc perché è la base per la realizzazione di un computer quantistico funzionale.
«Per implementare un algoritmo su un computer quantistico occorre unire operazioni a 1 qubit e gate a 2 qubit», spiega Arzeo. «Seeqc ha dimostrato che con il suo approccio può controllare entrambi i calcoli. Già da ora questo sistema permette una netta riduzione del carico termico, perché funziona su tecnologia superconduttiva basata su un singolo quanto di flusso che riduce la dissipazione della potenza rispetto all’approccio tradizionale con le microonde. E con un carico termico inferiore si può scalare verso milioni di qubit».
Il Quantum Computing Seeqc permette anche operazioni più veloci con un singolo quanto di flusso, ovvero nell’ordine dei GHz invece dei MHz. Infine, grazie all’elettronica digitale, il segnale di lettura del qubit va sul circuito integrato e ha minore latenza.
Italia più protagonista nel calcolo quantistico
Seeqc nel 2020 ha misurato un qubit per la prima volta in Italia. Questo ci ha permesso di entrare nel gruppo di Paesi che possono fare da benchmark.
«Il rinnovato impegno del governo verso una responsabilità fiscale e l’innovazione tecnologica in Italia mi rendono molto ottimista per il futuro», conclude Arzeo. «Penso che siamo all’inizio di un nuovo capitolo per il nostro Paese. In piena collaborazione con l’Unione Europea nell’ambito del Recovery Plan questo governo ha mostrato il suo impegno nei confronti di team con base in Italia e sta lavorando per un completo rilancio dell’economia del Paese. Vogliamo dimostrare al mondo e a noi stessi che siamo in grado di fornire nuovi sbocchi occupazionali, fare ricerca all’avanguardia e recitare un ruolo cruciale nello sviluppo di tecnologia di nuova generazione come la computazione quantistica».
L’intero team di ricerca di Seeqc a Napoli (nella foto in basso), che sta lavorando al progetto, include personale universitario: gli studenti di dottorato Halima Ahmad, Luigi Di Palma, Alessandro Miano; i ricercatori Ph.D. Davide Massarotti e Domenico Montemurro; i professori Giampiero Pepe e Francesco Tafuri.
Seeqc è in procinto di equipaggiare a Napoli un nuovo laboratorio e strutture di test in collaborazione col dipartimento di fisica presso l’Università di Napoli Federico II. Il laboratorio sarà completato entro la fine del 2021 e ospiterà 4 ricercatori esperti nel campo delle tecnologie quantistiche.
In Italia Seeqc porta avanti sia lo sviluppo dell’elettronica digitale superconduttiva sia, insieme al mondo accademico, ricerca nell’ambito di soluzioni per il Quantum Computing, come nuovi design del qubit e approcci per la lettura dello stato del qubit e anche progetti di frontiera.
