Una start-up sta costruendo il primo computer quantistico scalabile al mondo.
Una start-up, che si occupa di tecnologia quantistica basata sulla ricerca fotonica intrapresa nel contesto del progetto BRiiGHT, finanziato dall’UE, è appena entrata nell’arena commerciale del calcolo quantistico e si sta già misurando in un testa a testa con Google e IBM. L’azienda, denominata ORCA Computing, ha sede al White City Campus dell’Imperial College di Londra, l’ente ospita il progetto BRiiGHT e vede ricercatori, imprenditori e la comunità locale uniti nello sforzo di trasformare questa ricerca all’avanguardia in un progetto commerciale concreto.
ORCA Computing si dedica alla realizzazione di una piattaforma tecnologica in grado di guidare una rivoluzione nel calcolo quantistico», afferma il prof. Ian Walmsley, co-fondatore della start-up.
La memoria quantistica
Avvalendosi dei principi della fisica quantistica, i computer quantistici riescono a eseguire calcoli che sono completamente fuori dalla portata dei computer tradizionali. Ciononostante, i computer quantistici attualmente disponibili sul mercato sono rumorosi e presentano difficoltà di scalabilità: è qui che entra in scena il fotone, che rappresenta potenzialmente l’elemento costitutivo perfetto per i computer quantistici, poiché può sopportare il rumore e permettere il funzionamento a temperatura ambiente. Malgrado questi vantaggi, alcuni processi che generano qubit fotonici sono casuali, e finora far sì che i fotoni interagiscano come e quando richiesto è risultato impegnativo. ORCA Computing utilizza la sua memoria quantistica brevettata per l’archiviazione e il recupero su richiesta di singoli fotoni. «È iniziata la gara per raggiungere la quota di un milione di qubit necessaria per eseguire i software quantistici», afferma Richard Murray, co-fondatore e amministratore delegato dell’azienda. «Partecipiamo a questa gara sfidando le grandi aziende come Google, IBM e Amazon.»
Ciò che contraddistingue la tecnologia di memoria quantistica di ORCA Computing è l’impiego per la prima volta in assoluto di fibre ottiche e componenti standard del settore. Le informazioni entrano da un’estremità e una serie di commutatori estremamente rapidi le elaborano mentre passano. E mentre queste passano nella rete di fibre ottiche, vengono effettuate velocemente le operazioni di commutazione, memorizzazione e misurazione in modo che i calcoli quantistici avvengano all’istante.
Questo approccio spiana la strada a grandi computer quantistici con correzione degli errori. Si tratta di una tecnologia sufficientemente scalabile per competere con le altre, e per di più, a una frazione del costo. Il progetto BRiiGHT (Broadband Room-temperature Inexpensive & IndistinGuishable pHoTons) si è concluso a maggio 2020.
Sorgente economica e tecnicamente semplice di stati luminosi
L’obiettivo principale di questa proposta è costruire la prima sorgente economica e tecnicamente semplice di stati luminosi a singolo fotone che abbiano le caratteristiche (tra cui purezza dello stato, velocità di ripetizione) per alimentare le tecnologie quantistiche fotoniche. I simulatori quantistici fotonici non sono stati in grado di entrare nel regime in cui superano i simulatori classici a causa del carattere intrinsecamente probabilistico delle sorgenti di fotoni, il che significa che nella maggior parte delle esecuzioni del simulatore non viene prodotto alcun output. Per mezzo di un nuovo tipo di memoria quantistica a temperatura ambiente e di sorgenti di fotoni di down-conversion parametriche all’avanguardia, si creeranno sorgenti di fotoni. In breve, una memoria quantistica è un dispositivo in grado di catturare e quindi rilasciare stati quantistici. Tuttavia, le memorie quantistiche si erano rivelate difficili da costruire. Di recente è stata inventata la prima memoria quantistica al mondo veloce, priva di rumore e a temperatura ambiente, l’assorbimento a cascata off-resonant (ORCA). ORCA è la prima memoria quantistica completa che ha la larghezza di banda per operare con sorgenti di luce quantistica ottica non lineare. La nuova tecnologia di memoria quantistica, si interfaccia con fotoni puri e identici prodotti tramite down-conversion parametrica e grazie allo sviluppo di una piattaforma tecnologica potrà essere facilmente scalata per fornire gli stati delle risorse multi-fotone necessari per la simulazione quantistica, la comunicazione quantistica e le attività di calcolo quantistico elementare.
La tecnologia a fotoni
I fenomeni quantistici si manifestano a livello di atomi e particelle subatomiche. La nostra comprensione di ciò che accade a questo livello ha schiuso nuove entusiasmanti possibilità in campi quali la tecnologia quantistica e l’informatica quantistica. Questo potrebbe rappresentare un punto di svolta per la società umana. I computer quantistici potrebbero un giorno risolversi in pochi secondi problemi che richiederebbero miliardi di anni a computer normali.
Le tecnologie fotoniche quantistiche sono quelle in cui la luce svolge un ruolo centrale. «La luce è uno dei pochi mezzi in cui possiamo osservare fenomeni quantistici in condizioni normali», spiega Ian Walmsley, coordinatore del progetto BRIIGHT e professore di fisica sperimentale presso l’Imperial College London. «Ciò la rende un mezzo ideale per le applicazioni quantistiche». Le tecnologie quantistiche fotoniche hanno un potenziale enorme nelle applicazioni di comunicazioni o per collegare i nodi di un computer quantistico. «In linea di principio è persino possibile costruire un processore quantistico completamente fuori dalla luce», osserva Walmsley. «Diverse aziende e gruppi di ricerca stanno attualmente cercando di raggiungere questo obiettivo». L’espansione di alcune tecnologie quantistiche prevede tuttavia che la memoria quantistica memorizzi e rilasci la luce su richiesta. L’inaffidabilità delle sorgenti di fotoni ha rappresentato una sfida importante fino ad oggi e ha ostacolato il lancio di tecnologie fotoniche quantistiche per l’informatica e le comunicazioni. Il progetto BRiiGHT, sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca, ha cercato di superare queste difficoltà costruendo solida unità di luce per fornire fotoni a richiesta. Ciò consente ai fotoni di essere memorizzati e quindi rilasciati nella rete tutti insieme. «Un passaggio fondamentale consisteva nel costruire una memoria quantistica con il giusto livello di efficienza e con un rumore sufficientemente basso», afferma Walmsley. «Il rumore preclude le operazioni a livello quantistico». Dopo aver raggiunto questo obiettivo, Walmsley e il suo team si sono concentrati sul miglioramento della qualità della sorgente luminosa. «Siamo stati in grado di “sintonizzare” la memoria in modo che si adattasse a diverse applicazioni».
L’accesso ai fotoni su richiesta è uno degli elementi costitutivi dell’informatica quantistica fotonica. Il progetto BRiiGHT ha svolto un ruolo fondamentale in questo senso, con i suoi impressionanti progressi nella memoria quantistica.
Link al progetto: https://www.orcacomputing.com/technology
