Potenziare le applicazioni pratiche della computazione quantistica
Mediante l’applicazione della meccanica quantistica, la computazione quantistica dispone del potenziale per risolvere problemi complessi più velocemente rispetto ai computer tradizionali. Gli esperti del settore affermano spesso che siamo entrati nella cosiddetta era dei «quanti rumorosi di media dimensione» (NISQ, noisy intermediate-scale quantum). Si tratta di un’epoca caratterizzata da processori quantistici non ancora sufficientemente avanzati per garantire la tolleranza ai guasti, né abbastanza grandi da ottenere un vantaggio quantistico. Per vantaggio quantistico si intende il momento in cui si può dimostrare che un computer quantistico è in grado di risolvere un problema non risolvibile da qualsiasi computer tradizionale in un determinato periodo di tempo fattibile.
Un nuovo genere di applicazioni abilitate dalla computazione quantistica
«I sistemi NISQ sono pertanto i sistemi di computazione quantistica di media dimensione “imperfetti” attualmente a disposizione», spiega Cyril Allouche, coordinatore del progetto NEASQC e ricercatore presso Eviden, in Francia. «Anche se i milioni di qubit che garantiranno un’elaborazione quantistica completamente tollerante ai guasti sono ancora lontani, riteniamo che alcuni casi d’uso pratici per i dispositivi NISQ saranno disponibili nel prossimo futuro.» L’obiettivo del progetto NEASQC, finanziato dall’UE e coordinato da BULL, una società controllata di Atos, era quindi quello di studiare e sviluppare un nuovo tipo di applicazioni abilitate dalla quantistica che fossero in grado di sfruttare i sistemi NISQ di ultima generazione. «NEASQC è stato un progetto molto orientato ai casi d’uso», spiega Allouche. «Ha riunito esperti accademici e utenti finali industriali, soggetti che hanno collaborato allo sviluppo di una serie di applicazioni di calcolo quantistico.»
Applicare i dispositivi NISQ a problemi pratici
Il team del progetto ha identificato una serie di problemi pratici ai quali potrebbero essere applicati i dispositivi NISQ, dalla scoperta di farmaci alla gestione intelligente dell’energia, passando per l’elaborazione del linguaggio naturale e il rilevamento del cancro al seno. Successivamente, Allouche e il consorzio hanno sviluppato nuove tecniche basate sul software quantistico volte ad affrontare questi casi d’uso, con l’obiettivo di ottenere un vantaggio quantistico pratico. Per massimizzare la collaborazione tra industria e università, ogni caso d’uso è stato studiato da un team integrato composto da almeno un partner proveniente dall’industria e da uno dall’accademia. «Il progetto è stato fondamentale al fine di permetterci di esplorare a fondo questi casi d’uso», spiega Allouche. «Ciò non sarebbe stato possibile senza NEASQC, in quanto era necessaria una massa critica per affrontare problemi computazionali così complessi.»
Una comunità di utenti NISQ in Europa
Un fondamentale risultato di lunga durata del progetto è stata l’istituzione di una nuova comunità di utenti NISQ in Europa. «NEASQC ha fornito al mondo accademico un modo per incontrare gli utenti finali», osserva Allouche. «Di solito gli esperti accademici rimangono concentrati sulla teoria, stabilendo pochi collegamenti con il mondo industriale.» Per garantire la sostenibilità di questa collaborazione anche dopo il completamento del progetto, è stato sviluppato un set di strumenti basato su tre componenti chiave, ovvero un ambiente di programmazione quantistica completo, una serie di librerie software applicative open-source e una suite di parametri di riferimento incentrata sulle applicazioni. L’ambiente di programmazione consente a ricercatori, studenti e sviluppatori di sperimentare la programmazione quantistica mediante l’utilizzo di strumenti che permettono loro di simulare fino a 20 qubit nel dispositivo dell’utente. Tutte le librerie sono ospitate su GitHub, all’indirizzo relativo al banner del progetto NEASQC. «Questa serie di strumenti consentirà a nuovi attori industriali di avviare le proprie ricerche pratiche e di condividere i risultati ottenuti», aggiunge Allouche, che conclude: «La suite di parametri di riferimento concepita da NEASQC, ad esempio, può aiutare gli utenti a valutare e co-progettare applicazioni e hardware.»
Parole chiave
NEASQC, computazione quantistica, computer, salute, ambientale, NISQ, qubit
