Computing
È possibile collegare a catena i computer quantistici? I ricercatori hanno una risposta
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Scalare il Computing Quantistico
Quantum computers are expected to one day become the core technology for advanced computation within biotechnology, material sciences, finances, cryptography, and other complex systems that silicon-based computers struggle to deal with.
Tuttavia, due fattori hanno finora impedito ai computer quantistici di diventare più diffusi.
Il primo è che più qubit (l’equivalente quantistico di un bit binario) ci sono in un sistema, maggiore è l’errore, con qualsiasi instabilità che provoca un effetto domino.
Questo potrebbe presto diventare un problema del passato, grazie ai recenti progressi compiuti da Google (GOOGL ) e il suo chip Willow, che ottiene un tasso di errore decrescente man mano che vengono aggiunti più qubit.
L’altro problema è che probabilmente esiste un limite di dimensione a quanto grande può diventare un singolo computer quantistico, nello stesso modo in cui un chip di silicio può diventare solo fino a un certo punto prima di incontrare problemi di alimentazione, surriscaldamento, ecc.
Anche questo potrebbe essere risolto, grazie ai lavori dei ricercatori dell’Università di Oxford. Sono riusciti a creare una rete di computer quantistici distribuita, simile a come funzionano i server che utilizzano chip basati su silicio, aprendo potenzialmente la strada ai supercomputer quantistici.
Hanno annunciato i loro risultati nella prestigiosa pubblicazione Nature, con il titolo “Distributed quantum computing across an optical network link”1.
Collegare i Computer Quantistici
Il modo in cui i computer quantistici funzionano attualmente è come unità isolate, contenenti qualche centinaio o forse mille qubit per i più avanzati.
Il problema è che farli crescere è incredibilmente complesso, poiché più grande è il sistema, più instabilità e perturbazioni dall’ambiente possono disturbare gli effetti quantistici di cui il computer dipende.
Allo stesso tempo, i calcoli utili richiederanno probabilmente milioni di qubit, portando l’industria verso un potenziale vicolo cieco. Almeno finché i computer quantistici non potranno essere collegati tra loro.
E questo è più facile a dirsi che a farsi perché i computer quantistici sono molto diversi dai chip di silicio. Nei computer tradizionali, lo 0 & 1 è un segnale elettrico che può essere trasmesso a un’altra macchina relativamente facilmente.
Per i computer quantistici, è lo stato quantistico dei qubit che deve essere comunicato. Questi stati quantistici sono difficili da mantenere stabili al di fuori di condizioni molto specifiche, solitamente a temperature ultra‑basse appena pochi gradi sopra lo zero assoluto.
Sfruttare il Teletrasporto Quantistico
Precedente Esperimento di Teletrasporto Quantistico
Nel gennaio 2025, abbiamo segnalato la prima indicazione che il teletrasporto quantistico in fibra ottica fosse una possibilità. Appariva che potesse persino essere trasportato nelle reti di fibra ottica ordinarie accanto a flussi di dati “normali”.
Sebbene suoni come un concetto fantasioso da un film di fantascienza, il teletrasporto quantistico è in realtà un fenomeno reale studiato da decenni.
Ciò avviene quando due particelle diverse sono “accoppiate/legate” insieme, un fenomeno chiamato entanglement quantistico.
In questo caso, quando due particelle sono collegate, indipendentemente dalla distanza tra loro, scambiano informazioni su grandi distanze — senza trasportarle fisicamente. In alcuni casi, potrebbe persino essere possibile che lo scambio di informazioni avvenga più velocemente della luce, qualcosa di teoricamente impossibile.
Questo è stato un passo iniziale molto importante, poiché indicava che non avremmo bisogno di nuove tecnologie, poiché i cavi possono eseguire il teletrasporto quantistico tra computer quantistici.
Ma non era ancora una connessione diretta tra due computer quantistici.
Collegare i Qubit
Questo è il passo raggiunto dai ricercatori di Oxford. Hanno usato fibre ottiche per collegare i qubit e farli entangolare, utilizzando fotoni (particelle di luce).
Fonte: Nature
Nell’esperimento di laboratorio, i moduli erano separati di circa 2 metri, ciascuno contenente reti dedicate e qubit di circuito. Ma si potrebbero raggiungere anche distanze maggiori.
Personalizzando attentamente queste interazioni, possiamo eseguire porte logiche quantistiche – le operazioni fondamentali del calcolo quantistico – tra qubit ospitati in computer quantistici separati.
Questa scoperta ci consente di collegare efficacemente diversi processori quantistici in un unico computer quantistico completamente connesso.
Fonte: Nature
Il tipo di computer quantistico utilizzato era costituito da moduli a trappola ionica. I computer quantistici a trappola ionica generalmente contengono molti meno qubit, ma con affidabilità ed efficienza molto più elevate, con una quantità simile di qubit che ottiene risultati da 100 a 1.000 volte più affidabili rispetto ad altri metodi di calcolo quantistico.
Fonte: Quantinuum
Alta Efficienza
L’entanglement tra i qubit della rete ha raggiunto un’affidabilità dell’86%.
Quando si esegue l’algoritmo di ricerca di Grover, un benchmark utile in cui i computer quantistici superano radicalmente i computer tradizionali, il tasso di successo è stato del 71%.
L’algoritmo di ricerca di Grover cerca un elemento specifico in un grande set di dati non strutturato molto più velocemente di quanto possa fare un computer tradizionale, utilizzando i fenomeni quantistici di sovrapposizione ed entanglement per esplorare molte possibilità in parallelo.
Questo è notevolmente alto, soprattutto considerando che si tratta di una prima realizzazione, prima di qualsiasi ottimizzazione o miglioramento del metodo.
Impatto di Questa Scoperta
Supercomputer Quantistici?
Ciò apre la strada a un modo completamente diverso di costruire computer quantistici, imitandone la costruzione dei supercomputer da sottosistemi separati che comunicano i propri calcoli tra loro.
Un tale sistema sarebbe anche notevolmente modulare, invece di richiedere un computer quantistico centralizzato sempre più complesso e massiccio.
Interconnettendo i moduli tramite collegamenti fotonici, il sistema guadagna una preziosa flessibilità, consentendo di aggiornare o sostituire i moduli senza interrompere l’intera architettura.
Fonte: Nature
Rinascita della Tecnologia a Trappola Ionica
Finora, la tecnologia a trappola ionica era la più affidabile e quella più vicina all’uso pratico, ma limitata dalla difficoltà di aggiungere più qubit a un dato sistema. Per questo motivo, si prevedeva che altri sistemi basati su qubit superconduttori sarebbero la forma finale del computer quantistico.
Se la tecnologia a trappola ionica riuscisse a superare questo limite grazie a una rete migliorata, ciò potrebbe non essere più vero. Questo renderebbe le aziende specializzate in questo settore molto più interessanti per gli investitori.
Azienda di Computing Quantistico a Trappola Ionica
IonQ
IonQ è un’azienda di computing quantistico che utilizza la tecnologia a trappola ionica, fondata da scienziati pionieri nel settore provenienti dall’Università del Maryland e dalla Duke University. È stata quotata in borsa al NYSE nel 2021.
Le piattaforme di computing quantistico di IonQ sono in grado di produrre risultati con un’affidabilità del 99,9%. Attualmente utilizza una catena di 64 ioni di bario, producendo un qubit algoritmico (AQ) da 36. L’organizzazione a catena consente un calcolo molto più rapido rispetto ad altri design a trappola ionica senza perdere affidabilità.
Fonte: IonQ
IonQ ha acquisito Qubitekk nel gennaio 2025, aggiungendo alle sue operazioni il team dell’azienda e 118 brevetti. La specialità di Qubitekk è nelle reti quantistiche, usando interconnessioni fotoniche, abilitando cluster quantistici e avanzando le capacità di internet quantistico.
Le reti quantistiche dovrebbero facilitare comunicazioni altamente sicure e, in ultima analisi, consentire il computing quantistico distribuito. Considerando la rapidità con cui il settore sta evolvendo, l’expertise e i brevetti su questo argomento potrebbero rivelarsi cruciali per il futuro di IonQ.
IonQ sta anche sviluppando una partnership con NKT Photonics (NKT.CO) per aiutare a sviluppare futuri computer quantistici pronti per i data center.
Collabora anche con Imec sulle circuiti fotonici integrati e sulla tecnologia di trappola ionica a scala di chip per aumentare il numero di qubit, le dimensioni del sistema e i costi dell’azienda.
Invece di sviluppare il proprio SDK (Software Development Kit), l’azienda supporta tutti i principali SDK contemporaneamente e collabora con molte aziende leader per sviluppare nuove applicazioni di computing quantistico.
Fonte: IonQ
IonQ è l’azione più vicina a un puro stock di computing quantistico per gli investitori che non sono interessati alle attività principali di altri leader come Google, Intel (INTC ), IBM o Honeywell.
Quindi, insieme al suo concorrente Quantinuum, parte di Honeywell (HON ), IonQ è più vicino allo sviluppo di computer quantistici commerciali, con un focus su sistemi a trappola ionica ad alta affidabilità e con un numero inferiore di qubit.
Il suo successo precoce le ha permesso di costruire una solida rete di partnership con altri innovatori del computing quantistico per continuare a spingere questa tecnologia in avanti, con un recente reindirizzamento verso computer quantistici in rete.
Riferimento allo Studio:
1. Main, D., Drmota, P., Nadlinger, D.P., et al.(2025) Distributed quantum computing across an optical network link. Nature 638, 383–388. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08404-x
