Data center quantistici stratosferici: il prossimo cloud

E se il "cloud computing" diventasse letterale? Gli scienziati lo stanno esplorando distribuzione computer avanzati nella stratosfera per affrontare uno dei problemi principali dell'informatica quantistica.

Se implementato, questo unico modo a risolvere il problema può far risparmiare sui costi di raffreddamento e cambiare completamente la strada we sapere e pensa of 'cloud computing'

Il crescente costo del raffreddamento dei data center quantistici

Computer quantistici sono un tipo di computer che utilizza meccanica quantistica per eseguire calcoli complessi molto più velocemente dei computer classici.

A differenza dei computer classici, che memorizzano ed elaborano i dati in bit (ovvero zeri o uno), i computer quantistici utilizzano qubit che possono esistere in più stati contemporaneamente, un fenomeno chiamato sovrapposizione, e possono anche essere collegati tra loro, un fenomeno chiamato groviglio. Queste proprietà consentono ai computer quantistici di esplorare numerose possibilità simultaneamente.

Grazie ai qubit come unità di dati fondamentale, i computer quantistici possono eseguire calcoli paralleli avanzati e godere di una capacità di archiviazione notevolmente aumentata. I qubit, tuttavia, sono molto sensibili al rumore ambientale, come calore, vibrazioni e interferenze elettromagnetiche.

Sono semplicemente molto fragili e, come tali, vengono mantenuti a temperature estremamente basse per prevenire errori causati dal rumore e per garantire il corretto funzionamento.

La maggior parte dei sistemi quantistici opera effettivamente a temperature che vanno da diversi mK a 10K.

Quindi, mentre i centri dati quantistici (QDC) hanno il potenziale per completare un compito due volte più velocemente a tradizionale prima, consumano carnagione volte più energia grazie a l'impiego di sistemi di raffreddamento criogenici ad alta intensità energetica.

Come risultato, ci is un bisogno a guardare dentro , il QDC aspetti termodinamici In ordine per ridurre , il consumo di energia di raffreddamento of questi data center.

Alcune delle principali tecniche di raffreddamento utilizzate nei data center per i chip quantistici includono il raffreddamento laser, la refrigerazione a diluizione e la refrigerazione a tubo pulsato, con tecnologie avanzate come l'uso dell'effetto magnetocalorico (un fenomeno in cui i materiali magnetici si riscaldano quando viene applicato un campo magnetico e si raffreddano quando il campo viene rimosso) nei supersolidi che stanno guadagnando terreno.

Un'altra tecnica prevede l'immersione dei circuiti quantistici nel raro fluido criogenico Elio-3, che diventa un superfluido a temperature estremamente basse e presenta proprietà quantistiche uniche.

Tuttavia, raggiungere e mantenere ambienti criogenici per i qubit richieste costi e consumi energetici sostanziali, che rappresentano un ostacolo importante calcolo quantistico adozione e scalabilità up questa tecnologia in rapida crescita.

Questo richiede approcci ingegneristici innovativi che possano consentire l'elaborazione quantistica ad alte prestazioni.

Uno studio condotto dai ricercatori del KAUST ha fatto proprio questo, proponendo l'installazione di processori quantistici su piattaforme ad alta quota stratosferiche (HAP). I processori saranno ospitati su dirigibili che voleranno attraverso la stratosfera a un'altitudine di circa 20 chilometri (12.4 miglia), dove la temperatura ambiente è di -50 °C (circa -58 °F). 

Sfruttando queste condizioni naturalmente fredde, i ricercatori mirano a ridurre significativamente le esigenze di raffreddamento dei QDC e a consentire un calcolo quantistico sostenibile e ad alte prestazioni.

Trasformare i dirigibili in centri dati criogenici alimentati ad energia solare

La nuova proposta dei ricercatori dell'Arabia Saudita Università di scienza e tecnologia Re Abdullah (KAUST)), pubblicato sulla rivista npj Wireless Technology¹, descrive in dettaglio un nuovo framework per l'implementazione di computer quantistici nella stratosfera utilizzando dirigibili o dirigibili.

Dimostra inoltre che il loro approccio unico al calcolo quantistico verde e flessibile nell'atmosfera superiore offre efficienza energetica superiore. Inoltre, il sistema funziona meglio dal punto di vista computazionale rispetto ai tradizionali data center terrestri.

“Operando al di sopra delle nuvole e dei sistemi meteorologici, il dirigibile ha accesso a un'irradiazione solare prevedibile e senza ostacoli.”

– Autore principale, Basem Shihada della KAUST

Per sfruttare le condizioni fredde of nella stratosfera, il team propone piattaforme ad alta quota abilitate al calcolo quantistico (QC-HAP). Questi dirigibili stratosferici ospiteranno i dispositivi quantistici racchiusi in criostati per mantenere la temperatura criogenica richiesta. 

Sì, i criostati sono ancora necessari per mantenere gli stati quantistici, ma a tali altezze le temperature ambientali naturalmente basse riducono drasticamente l'energia necessaria per il raffreddamento criogenico. 
Scorri per scorrere →

Inoltre, i dirigibili saranno dotati di pannelli solari per convertire la luce solare in energia elettrica e di batterie al litio-zolfo per garantire un funzionamento regolare durante la notte e in caso di condizioni meteorologiche avverse.

Secondo il documento, i raggi cosmici, particelle ad alta energia prodotte dal sole, avrebbero un impatto trascurabile sull'affidabilità dei sistemi di calcolo quantistico stratosferici, confermando la fattibilità stratosferica della piattaforma. 

I QC-HAP posizionati nel cielo saranno essere collegato ai centri dati quantistici sulla Terra.

Per questo, gli HAP invierebbero informazioni codificate in onde luminose via Comunicazione ottica in spazio libero (FSO). In caso di cielo nuvoloso, i collegamenti a radiofrequenza fungeranno da backup.

Per prevenire il degrado e la decoerenza del segnale durante il trasporto dei dati nell'atmosfera, il team suggerisce di utilizzare piattaforme intermedie trasportate da palloni ad altitudini inferiori. come stazioni di ripetizione.

Il vantaggio dei QC-HAP è che possono essere spostati ovunque siano necessari, sia in punti critici che in regioni remote. Questa flessibilità di distribuzione estende la copertura del calcolo quantistico, allevia i colli di bottiglia computazionali e riduce la latenza.

Inoltre, possono essere collegati tra loro per aumentare la potenza di calcolo complessiva, formando "una flotta dinamica in grado di fornire servizi di calcolo quantistico scalabili e su richiesta in tutto il mondo", ha affermato il coautore dello studio, Wiem Abderrahim, attualmente ricercatore presso l'Università di Cartagine in Tunisia.

Questa architettura scalabile di costellazione multi-HAP può superare i limiti energetici individuali e migliorare i vantaggi computazionali.

Secondo i calcoli dei ricercatori, la loro soluzione alimentata ad energia solare potrebbe ridurre la richiesta di raffreddamento del 21% rispetto ai centri di calcolo quantistico equivalenti a terra.

I ricercatori hanno utilizzato l'approccio a due delle principali forme di calcolo quantistico per la loro maturità, stabilità, scalabilità e tempo di coerenza. La riduzione della domanda di raffreddamento varia a seconda dell'architettura del qubit perché ogni tipo funziona a un diverso intervallo di temperatura criogenica.

Un approccio utilizza qubit basati su ioni intrappolati raffreddati a circa 4 K (circa -269 °C). Questo è quello che ha tratto i maggiori benefici dal concetto QC-HAP. L'altro utilizza circuiti superconduttori che funzionano a temperature comprese tra 10 e 20 mK.

La loro analisi mostra anche che questi HAP abilitati alla tecnologia quantistica supportano il 30% in più di qubit rispetto ai QDC terrestri, mantenendo tassi di errore più bassi, soprattutto quando si sfrutta capacità hardware avanzate.

Oltre ai qubit, il risparmio energetico ottenuto dal sistema quantistico stratosferico dipende anche dall'architettura del data center, ha osservato lo studio.

Sebbene potente, questo concetto futuristico è ben lontano dall'essere implementato nella pratica, poiché richiede notevoli progressi nell'hardware del calcolo quantistico, come sistemi robusti per identificare e correggere gli errori, in particolare durante la trasmissione.

Ci sono anche , il caratteristiche uniche dell'ambiente stratosferico, come le variazioni stagionali dell'irradiazione solare e le condizioni meteorologiche che hanno un impatto sull'energia solare raccolta e, a loro volta, influenzano l'efficienza energetica della piattaforma proposta, che richiede un'attenta valutazione.

L'attenzione dello studio per la ricerca futura dovrebbe essere rivolta all'analisi di come i fattori ambientali influenzano i sistemi quantistici e su sviluppo di progetti robusti per l'implementazione pratica di QC-HAP. 

"I nostri prossimi passi sono quelli di passare dalla fase concettuale e analitica a studi più incentrati sull'implementazione."

– Il coautore dello studio, Osama Amin

Guardando al futuro, i ricercatori prevedono che le soluzioni quantistiche aeree non sostituiranno ma affiancheranno i data center terrestri convenzionali in un framework di cloud computing ibrido.

La corsa globale per rendere i computer quantistici una realtà

Mentre i ricercatori esplorano le piattaforme quantistiche basate sul cielo, i principali attori del settore continuano a sviluppare l'hardware necessario per l'era quantistica che queste piattaforme potrebbero eventualmente supportare. 

IBM (IBM ), ad esempio, è tra coloro che sono profondamente coinvolti nei computer quantistici e spera di consegnare Starling, un computer quantistico su larga scala e tollerante ai guasti, prima della fine del decennio.

Di recente, l'azienda ha annunciato lo sviluppo di nuove unità di elaborazione quantistica (QPU) che sono aspettati per aiutare loro ottenere un vantaggio quantico così come un computer quantistico completamente tollerante ai guasti.

Con 120 qubit, IBM Quantum Nighthawk è la sua primo nuovo processore che può elaborare Calcoli quantistici più complessi del 30% rispetto alla precedente QPU di IBM (R2 Heron). Ognuno di questi qubit può connettersi con il più vicino quattro vicini grazie a accoppiatori sintonizzabili. Questo framework consentirà agli scienziati di esplorare problemi che richiedono 5,000 porte a due qubit, con IBM che spera avere Le versioni future di Nighthawk consegna fino a 10,000 gate entro la fine del 2027.

IBM Loon è l'altro processore più piccolo, che ha 112 qubit e tutti gli elementi hardware necessari per la piena tolleranza ai guasti per affrontare l'elevato tasso di guasti in qubit. Questo aiuterà il team ad apprendere in anticipo Kookaburra, un altro processore proof-of-concept, che sarà il primo QPU progettato in modo modulare per memorizzare ed elaborare informazioni codificate. è prevista l'anno prossimo.

Inoltre, IBM ha condiviso che loro new formato di la fabbricazione di processori quantistici su un wafer da 300 mm (12 pollici) dimezza il tempo necessario per costruire ciascuno di essi, aumentando al contempo , il complessità fisica di patatine di 10 volte.

Mentre l'hardware accelera, le tempistiche per la tecnologia quantistica mainstream variano notevolmente tra i leader del settore.

I computer quantistici, secondo Intel (INTC ) L'ex CEO, Pat Gelsinger, diventerà mainstream molto più rapidamente, tra circa due anni, e segnerà la fine delle GPU. Nel frattempo, Nvidia (NVDA ), un attore dominante nel mercato delle GPU, ha affermato che ci vorranno due decenni prima che la tecnologia quantistica diventi mainstream.

"Stiamo entrando nel decennio o nei due decenni più entusiasmanti per i tecnologi", ha affermato Gelsinger in un'intervista al FT. Ha anche definito il calcolo quantistico la “santa trinità” dell’ , il informatica mondo, insieme all'informatica classica e all'intelligenza artificiale.

Ma mentre Gelsinger ritiene che una "svolta quantistica" farà scoppiare la bolla dell'intelligenza artificiale, Sundar Pichai di Google la vede come il prossimo boom dell'intelligenza artificiale stessa.

L'amministratore delegato della terza azienda più grande del mondo by con una capitalizzazione di mercato di 3.86 trilioni di dollari, ha affermato in una recente intervista che l'informatica quantistica si sta rapidamente avvicinando a un momento di svolta simile a quello sperimentato dall'intelligenza artificiale qualche anno fa.

"Direi che la quantistica è arrivata dove forse era l'intelligenza artificiale cinque anni fa. Quindi penso che tra cinque anni attraverseremo una fase molto entusiasmante nella quantistica."

–Piccahi

E Google si sta posizionando in modo aggressivo per questo cambiamento. Secondo Pichai:

"Abbiamo gli sforzi più all'avanguardia al mondo nel campo dell'informatica quantistica...credo che costruire sistemi quantistici ci aiuterà a simulare e comprendere meglio la natura e a sbloccare molti vantaggi per la società."

A rafforzare questa traiettoria, proprio il mese scorso, ricercatori di Google Quantum AI segnalati l'attuazione di un codice di superficie² utilizzando tre distinti circuiti dinamici. Questo apre nuove possibilità per l'applicazione nel mondo reale della nota tecnica di correzione degli errori quantistici (QEC) e potrebbe anche aiutare a sviluppare sistemi più affidabili computer quantistici.

La QEC è il modo per garantire l'affidabilità di questi computer. È anche essenziale per la costruzione di computer quantistici fault-tolerant, ma "implementare la QEC è una sfida significativa perché i circuiti di rilevamento e correzione degli errori sono complessi e richiedono operazioni estremamente precise", ha affermato il coautore Matt McEwen.

Il codice di superficie in questione funziona organizzando i qubit su una griglia 2D e poi verificando ripetutamente la presenza di errori.

In precedenza, McEwen ha lavorato su una proposta teorica che dimostrava che esistono diversi modi per implementarla, in particolare dimostrando la fattibilità di tre distinte implementazioni di codice di superficie dinamico: circuiti esadecimali, iSWAP e walking.

Partendo da questo, la squadra ha continuato a lavorare per dimostrare che lavorano in esperimenti in condizioni reali. 

Dopo aver effettuato i test, hanno scoperto che i circuiti iSWAP sono migliorati , il repressione di errori di 1.56 volte e il circuito di camminata di 1.69 volte, mentre il circuito esagonale ha fatto così di 2.15 volte.

"La cosa più importante che abbiamo imparato dal nostro lavoro è stata la conferma che queste implementazioni di circuiti dinamici funzionano nella realtà."

– McEwen

Anche le innovazioni nella stabilità dei qubit stanno accelerando. ingegneri di Princeton sono stati recentemente in grado di estendere durata della vita dei qubit³ nella loro ultima ricerca, che è stato parzialmente finanziato da Google Quantum AI.

Un grande passo avanti verso lo sviluppo di utili computer quantistici: gli ingegneri hanno creato un qubit superconduttore che è rimasto stabile per più di 1 millisecondo, ovvero tre volte più a lungo delle versioni più potenti esistenti.

"La vera sfida, ciò che ci impedisce di avere computer quantistici utili oggi, è che si costruisce un qubit e l'informazione non dura a lungo", ha affermato il coautore Andrew Houck, preside della facoltà di ingegneria di Princeton. "Questo è il prossimo grande passo avanti".

Per confermare il miglioramento della coerenza dei qubit, i ricercatori hanno costruito un chip quantistico funzionante utilizzando la nuova architettura, che è simile ai sistemi sviluppati da Google e IBM (IBM ). 

L'opzione transmon qubit utilizzata si basa su circuiti superconduttori che operano a velocità estremamente freddo temperature e offrire solido protezione da rumore ambientale. Funzionano bene anche con i processi produttivi odierni. Aumentare il tempo di coerenza di questi qubit, tuttavia, è estremamente difficile.

Quindi, il team di Princeton ha riprogettato il qubit, utilizzando , il tantalio eccezionalmente robusto per prevenire , il perdita di energia e silicio di alta qualità ampiamente disponibile come substrato. Questo chip al tantalio e silicio non solo è più facile da produrre in serie, ma offre anche prestazioni superiori ai progetti attuali.

Combinando queste due cose, insieme al perfezionamento delle tecniche di produzione, il team ha ottenuto uno dei miglioramenti più significativi nella storia del transmon. Un ipotetico computer da 1,000 qubit può funzionare circa un miliardo di volte meglio se si adottasse il miglior design attuale del settore is scambiato con Princeton design grazie ai suoi miglioramenti scala esponenzialmente con le dimensioni del sistema, ha affermato Houck.

Théau Peronnin, CEO di Alice & Bob, un'azienda che sta sviluppando un sistema di calcolo quantistico fault-tolerant con Nvidia (NVDA ), ha affermato di recente che, sebbene la tecnologia quantistica non sia ancora abbastanza avanzata da minacciare gli attuali sistemi crittografici, potrebbe diventare abbastanza potente da decifrarli qualche anno dopo il 2030.

Questo rappresenta una minaccia non solo per Bitcoin (BTC ) e criptovalute, ma anche a tutta la crittografia bancaria. Ha dichiarato a Fortune in un'intervista:

"La promessa del calcolo quantistico è un'accelerazione esponenziale, ma se si allarga lo zoom su una curva esponenziale, diventa completamente piatta, e poi diventa un muro verticale. Quindi siamo solo all'inizio dell'inflessione. Al momento, non è più potente del tuo smartphone. Ma tra un paio d'anni sarà più potente del più grande supercomputer di sempre."

Le aziende, tuttavia, stanno lavorando a soluzioni, mentre i ricercatori stanno ampliando la portata delle reti quantistiche. Il mese scorso, i ricercatori della Pritzker School of Molecular Engineering dell'Università di Chicago (UChicago PME) ha aumentato la gamma di connessioni quantistiche³ da pochi chilometri a 2,000 km.

“Per la prima volta, la tecnologia per costruire un'Internet quantistica su scala globale è a portata di mano."

– Professore associato Tian Zhong

Nel loro studio, il team ha aumentato il tempo di coerenza dei singoli atomi di erbio da 0.1 millisecondi a oltre 10 millisecondi e, in un caso, hanno addirittura raggiunto i 24 millisecondi.

L'innovazione qui è stata edificio i cristalli critici per creare entanglement quantico in un modo diverso. Per questo, loro utilizzati epitassia a fascio molecolare (MBE), che è simile alla stampa 3D. “Iniziamo dal nulla e poi assembliamo questo dispositivo atomo per atomo," ha aggiunto: "La qualità o la purezza di questo materiale è così elevata che le proprietà di coerenza quantistica di questi atomi diventano superbe".

Investire nella tecnologia quantistica

IonQ, Inc. (IONQ ) è un'azienda che si occupa esclusivamente di computer quantistici e che si occupa di sviluppare e commercializzare computer quantistici con particolare attenzione ai qubit a ioni intrappolati. L'azienda offre hardware quantistico tramite le principali piattaforme cloud. L'obiettivo è rendere il calcolo quantistico più accessibile e posizionarlo al meglio per l'adozione commerciale, man mano che la tecnologia quantistica si avvicina all'uso nel mondo reale. 

L'andamento del titolo IonQ riflette questo trend: le sue azioni sono attualmente scambiate a 48.10 dollari, in calo del 21% nell'ultimo mese ma in rialzo di oltre il 18% da inizio anno e del 67.56% negli ultimi tre anni. Ha un utile per azione (TTM) di -5.35 e un rapporto prezzo/utili (TTM) di -9.21.

Per quanto riguarda la solidità finanziaria dell'azienda, ha registrato un fatturato di 39.9 milioni di dollari per il terzo trimestre del 2025, in crescita del 222% su base annua. La perdita netta è stata di 1.1 miliardi di dollari, mentre l'utile per azione GAAP è stato di (3.58 dollari) e l'utile per azione rettificato di (0.17 dollari).

Alla fine del trimestre IonQ disponeva di 1.5 miliardi di dollari in liquidità, mezzi equivalenti e investimenti. 

"Abbiamo raggiunto il nostro traguardo tecnico del 2025, #AQ64, con tre mesi di anticipo, sbloccando 36 quadrilioni di volte più spazio computazionale rispetto ai principali sistemi superconduttori commerciali. Abbiamo raggiunto un traguardo davvero storico dimostrando prestazioni record del 99.99% con gate a due qubit, a conferma del nostro percorso verso 2 milioni di qubit e 80,000 qubit logici nel 2030."

– CEO Niccolò de Masi

Nel corso di questo trimestre, IonQ ha inoltre completato l'acquisizione di Oxford Ionics e Vector Atomic e si è aggiudicata un nuovo contratto con Oak Ridge National Laboratorio per lo sviluppo di flussi di lavoro accelerati quantistico-classici e applicazioni energetiche avanzate.

Clicca qui per un elenco delle cinque principali aziende di informatica quantistica.

Ultime notizie sulle azioni di IonQ, Inc. (IONQ)

Conclusione: quando il cloud diventa quantistico

L'informatica quantistica sta vivendo una rapida evoluzione da semplice curiosità di laboratorio a vera e propria corsa tecnologica globale, in cui giganti del settore come IBM, Google e Nvidia stanno spingendo le capacità hardware a livelli senza precedenti. Nel frattempo, le innovazioni nella coerenza dei qubit e nella computazione quantistica...La correzione degli errori e l'entanglement a lunga distanza stanno risolvendo gradualmente le sfide di lunga data del settore.

In mezzo a tutto questo, la proposta della KAUST sta lavorando per rendere il “cloud computing" una realtà tangibile, alimentata da temperature criogeniche naturali e luce solare perpetua. 

Questi progressi dimostrano che ci stiamo avvicinando a un punto di svolta storico. Entro il prossimo decennio, è una possibilità molto concreta che l'informatica quantistica passi finalmente dalla teoria alla praticità, rimodellando la crittografia, la scienza e alla fine forse anche il significato di "nuvola"" stessa.

Clicca qui per un elenco dei principali titoli azionari del cloud computing.

Referenze

1. Abderrahim W., Amin O. e Shihada B. Calcolo quantistico ecologico nel cielo. Tecnologia wireless npj 1, Articolo 5 (2025). https://doi.org/10.1038/s44459-025-00005-y
2. A. Eickbusch, M. McEwen, V. Sivak, A. Bourassa, J. Atalaya, J. Claes, D. Kafri, C. Gidney, C. Warren, J. Gross, A. Opremcak, N. Zobrist, KC Miao, G. Roberts, KJ Satzinger, A. Bengtsson, M. Neeley, WP Livingston, A. Greene, R. Acharya, L. Aghababaie Beni, G. Aigeldinger, R. Alcaraz, TI Andersen, M. Ansmann, F. Arute, …, A. Morvan et al. Dimostrazione di codici di superficie dinamici. Fisica della natura, 2025, Articolo pubblicato il 17 ottobre 2025. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03070-w
3. Gupta, S., Huang, Y., Liu, S., Pei, Y., Gao, Q., Yang, S., Tomm, N., Warburton, RJ e Zhong, T. (2025). Interfacce spin-fotone epitassiali doppie per telecomunicazioni con coerenza di lunga durata. Nature Communications, 16, 9814. https://doi.org/10.1038/s41467-025-64780-6