Il prof. Giovanni Acampora e la dott.ssa Autilia Vitiello hanno progettato e implementato un algoritmo basato su metodologie di intelligenza artificiale che minimizza l’effetto del “rumore quantistico” rendendo il calcolo più affidabile in contesti operativi reali.
Il calcolo quantistico in Federico II
Il quantum computing è ormai una realtà di importanza cruciale per i prossimi sviluppi industriali e le ricerche sui superconduttori condotte da colossi quali IBM, Google e Rigetti indica una traccia consolidata. Basti pensare alla prima dimostrazione del vantaggio quantistico realizzato da Google nel 2019: il computer Sycamore (57 qubit) ha risolto in 200 secondi un problema che avrebbe richiesto 10,000 anni a un computer basato su architettura tradizionale.
Oggi l’Università Federico II offre il suo contributo alla ricera aprendo il suo computer quantistico alla comunità. Il primo computer quantistico pubblico italiano è stato realizzato nei laboratori del Dipartimento di Fisica ‘E. Pancini’ e nelle ultime settimane è stato eseguito con successo il primo algoritmo ibrido classico/quantistico. Al momento il computer Unina utilizza un processore a 5 qubit ed è basato su un superconduttore raffreddato in criostato a diluzione con temperature vicine allo zero assoluto (10 milliKelvin). Questo esperimento si basa su competenze in elettronica quantistica superconduttiva e in fenomeni quantistici macroscopici. Competenze ormai ben radicate nell’ateneo Federico II anche grazie alla collaborazione con l’industria Quantware che ha realizzato il processore.
Il gruppo guidato dai prof. Francesco Tafuri e Giovanni Piero Pepe ha realizzato il set-up sperimentale, sviluppando i protocolli di misura e integrando il processore grazie anche ai contributi fra gli altri dei ricercatori Halima Giovanna Ahmad, Davide Massarotti, Domenico Montemurro e del dottorando Pasquale Mastrovito. L’algoritmo, basato su intelligenza artificiale, è stato progettato e implementato dal Professor Giovanni Acampora e dalla ricercatrice Autilia Vitiello, anche grazie ai dottorandi Roberto Schiattarella e Angela Chiatto. Questo algoritmo è in grado di minimizzare l’effetto del “rumore quantistico” rendendo il calcolo più affidabile in contesti operativi reali. Testato con successo sul computer quantistico UNINA, i risultati preliminari sono stati validati tramite un simulatore quantistico IBM.
Il finanziamento PNRR
L’esperimento prosegue un percorso scientifico cominciato con la prima misura in Italia di un qubit superconduttivo (2020, in collaborazione con l’industria SeeQC) e poi approdato alla prima dimostrazione di computazione quantistica digitale superconduttiva. I successi di questi giorni spingono verso la costruzione di un nuovo e più potente computer quantistico con un numero di qubit superiore a 20 e scalabile fino a 100 che verrà costruito presso un nuovo laboratorio del Dipartimento di Fisica. Il computer sarà operativo dalla prima metà del 2024 e verrà in gran parte finanziato con fondi PNRR dal Centro Nazionale “High Performance Computation (HPC), Big Data and Quantum Computing”. Questa infrastruttura pubblica è unica in Italia e include un indotto di competenze di frontiera sulla computazione quantistica, dalla progettazione dei sistemi, dei componenti e dei circuiti alla misura, alla realizzazione di protocolli e di algoritmi quantistici, al funzionamento dei processori modulari a multi-qubit, alimentato anche da collaborazioni con industrie emergenti del settore. Il computer deve essere “aperto” per poter essere modulare ed avviare fasi di ricerca e sviluppo comuni fra Industria, Università ed Enti di Ricerca. Oggi i processori quantistici sono fabbricati in “fonderie” di eccellenza e non in Italia; c’è l’ambizione per il futuro di fabbricarli anche in Italia, e nella fattispecie presso il nascente laboratorio interdisciplinare di micro e nanofabbricazione UniNAno, che sarà operativo nel 2024 presso il Centro di Servizi Metrologici e Tecnologici Avanzati (Ce.S.M.A.). Qui sarà possibile realizzare anche i nuovi processori quantistici al momento a livello prototipale, ideati a Napoli, focus del progetto dell’European Innovation Council Pathfinder “Ferromon” appena finanziato dalla Comunità Europea, con capofila UNINA e partecipazione di varie industrie Europee.