AVVENTURE NEL FUTURO

Dall’Università di Pisa al Fermilab di Chicago nel segno del quantum computing

Quantum revolution

DI NICOLA MAGGI

Meno di due anni e il prototipo del computer quantistico, basato su innovative tecnologie super-conduttrici, a cui sta lavorando il Superconducting Quantum Materials and Systems Center (SQMS Center) del Fermilab di Chicago, guidato da Anna Grassellino, sarà realtà, segnando la vittoria di una delle sfide tecnologiche più eccitanti del XXI secolo: realizzare un dispositivo in grado di processare in pochi minuti problemi che anche il supercomputer più potente impiegherebbe oggi centinaia di anni a risolvere.

Un’avventura, quella del SQMS Center, che ben presto avrà tra i suoi protagonisti anche l’Università di Pisa, dove Anna Grassellino si è laureata in Ingegneria elettronica per poi conseguire un dottorato in Fisica all’Università della Pennsylvania e approdare al FermiLab, dove oggi è Senior Scientist. L’Ateneo pisano, infatti, ha già siglato un primo accordo con il laboratorio statunitense che prevede una collaborazione ampia e interdisciplinare tra le due istituzioni. Ampia e interdisciplinare proprio come la squadra del SQMS Center, composta da scienziati dei materiali, fisici della superconduttività e delle superfici, dispositivisti, esperti di quantum, di criogenia e fisici delle particelle. Tutti impegnati nella creazione di un hardware in grado di superare una delle principali difficoltà connesse al calcolo quantistico, ossia la “fragilità” dei bit quantistici. I qubit, infatti, sono estremamente sensibili alle interferenze ambientali, che possono causare la cosiddetta, in linguaggio tecnico, “decoerenza”, la quale fa perdere stabilità all’intero sistema. Questo è uno dei motivi per cui, nonostante il suo alto potenziale, il calcolo quantistico è ancora materia da “pionieri”.

“Per comprendere la potenza del calcolo quantistico – spiega, semplificando molto, Anna Grassellino – bisogna pensare che i bit classici, su cui si basano tanto i computer di casa quan- possono rappresentare solo un singolo valore binario, 1 o 0. Si trovano quindi in un solo stato. I qubit permettono, invece, la sovrapposizione di più stati che, generando tra di loro interferenze e correlazioni (entanglement), promettono un vantaggio esponenziale per certe applicazioni”. segue Grassellino – ci sono teorie di fisica delle particelle che non possono essere modellate su un supercomputer classico, ma solo con un computer quantistico adeguatamente potente. Realizzarlo, allora, aiuterebbe a capire meglio tante cose, ma perché ciò sia possibile è fondamentale riuscire a creare un sistema quantistico stabile che sia, allo stesso tempo, isolato dall’ambiente esterno e controllabile”.

“Nell’architettura superconduttiva che usiamo noi ci sono, infatti, tanti elementi che, a livello di materiali, possono causare decoerenza in un sistema quantistico – spiega la ricercatrice –. Il nostro scopo è quindi creare, mattoncino per mattoncino, un hardware che permetta al computer quantistico di mantenere l’informazione in maniera robusta e più a lungo possibile, così da poter fare le sue computazioni in modo superveloce e accurato. Le sfide tecnologiche e ingegneristiche di questo progetto sono immense e devo dire che, in tutto ciò, la formazione avuta a Pisa è stata cruciale proprio per acquisire le conoscenze che stanno alla base di questi sviluppi tecnologici”.

Conoscenze che adesso l’Ateneo pisano è pronto a mettere a disposizione del Centro guidato dalla sua allieva.

Grazie a una progettualità avviata dal professor Paolo Ferragina è stato infatti già firmato un primo agreement e mancano solo gli ultimi passaggi burocratici perché Università di Pisa e FermiLab inizino a lavorare insieme su più fronti: dagli studi sui materiali superconduttivi a quelli sulle microonde, passando per onde gravitazionali e materia oscura. Fino ad arrivare ai super-frigoriferi per il raffreddamento dei qubit, allo sviluppo di nuovi algoritmi e a tecniche di Intelligenza Artificiale. Una collaborazione che vedrà coinvolti i Dipartimenti di Ingegneria, Fisica, Farmacia, Matematica, Chimica e Informatica. E già si lavora per portare a Pisa il prossimo Annual Meeting del FermiLab.

Less than two years and the prototype of the innovative quantum computer being worked on by Fermilab Chicago's SQMS Center, led by Anna Grassellino, will be a reality, thus marking the success of one of the most exciting technological challenges of the 21st century. An adventure into the future that will soon have the University of Pisa among its protagonists.