Centri Dati Quantistici Stratosferici: Il Prossimo Cloud

E se il “cloud computing” diventasse letterale? Gli scienziati stanno esplorando il dispiegamento di computer avanzati nella stratosfera per affrontare una delle questioni fondamentali del calcolo quantistico.

Se implementato, questo modo unico di risolvere il problema può far risparmiare sui costi di raffreddamento e cambiare completamente il modo in cui conosciamo e pensiamo al ‘cloud computing.’

The Growing Cost of Cooling Quantum Data Centers

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

A differenza dei computer classici, che memorizzano e elaborano i dati in bit (cioè zero o uno), i computer quantistici usano i qubit che possono esistere in più stati contemporaneamente, un fenomeno chiamato sovrapposizione, e possono anche essere collegati tra loro, un fenomeno chiamato entanglement. Queste proprietà consentono ai computer quantistici di esplorare molte possibilità simultaneamente.

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

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

La maggior parte dei sistemi quantistici opera effettivamente a temperature comprese tra pochi mK e 10 K.

Quindi, mentre i centri dati quantistici (QDC) hanno il potenziale di completare un compito due volte più velocemente di uno tradizionale, consumano dieci volte più energia a causa dell’uso di sistemi di raffreddamento criogenico ad alta intensità energetica.

Di conseguenza, è necessario esaminare gli aspetti termodinamici dei QDC per ridurre il consumo energetico di raffreddamento di questi centri dati.

Alcune delle principali tecniche di raffreddamento utilizzate nei centri dati per chip quantistici includono il raffreddamento laser, la refrigerazione a diluizione e la refrigerazione a tubo pulsante, 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 slancio.

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 richiede costi e energia notevoli, rappresentando una barriera importante per l’adozione del calcolo quantistico e la scalabilità di questa tecnologia emergente.

Ciò richiede approcci ingegneristici innovativi che possano abilitare il calcolo quantistico ad alte prestazioni.

Uno studio dei ricercatori della KAUST ha fatto proprio questo proponendo il dispiegamento di processori quantistici su piattaforme ad alta quota (HAP) nella stratosfera. I processori saranno ospitati su dirigibili che volano nella stratosfera a un’altitudine di circa 20 chilometri (12,4 miglia), dove la temperatura ambientale 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.

Turning Airships Into Solar-Powered Cryogenic Data Centers

La nuova proposta dei ricercatori della King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) dell’Arabia Saudita, pubblicato sulla rivista npj Wireless Technology¹, descrive un nuovo quadro per il dispiegamento di computer quantistici nella stratosfera usando dirigibili, o aerostati.

Dimostra inoltre che il loro approccio unico al calcolo quantistico verde e flessibilmente distribuibile nell’atmosfera superiore offre una superiore efficienza energetica. Inoltre, il sistema offre prestazioni computazionali migliori rispetto ai tradizionali centri dati basati a terra.

“Operando al di sopra delle nuvole e dei sistemi meteorologici, il dirigibile ha accesso a un’irradianza solare prevedibile e non ostacolata.”

– Autore principale, Basem Shihada della KAUST

Per sfruttare le condizioni fredde della stratosfera, il team propone le Piattaforme ad Alta Quota abilitate al Calcolo Quantistico (QC-HAPs). 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 tale altitudine le temperature ambientali naturalmente basse riducono drasticamente l’energia necessaria per il raffreddamento criogenico. 
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Inoltre, i dirigibili saranno equipaggiati con pannelli solari per convertire la luce solare in energia elettrica e batterie litio‑solfuro per garantire un funzionamento regolare durante la notte e in 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 stratosferico, confermando la fattibilità della piattaforma nella stratosfera. 

Le QC-HAP posizionate in cielo saranno collegate ai centri dati quantistici a terra.

Per questo, le HAP invieranno informazioni codificate in onde luminose tramite comunicazione ottica in spazio libero (FSO). In caso di condizioni nuvolose, i collegamenti a radiofrequenza serviranno da backup.

Per prevenire il degrado del segnale e la decoerenza mentre i dati attraversano l’atmosfera, il team suggerisce di utilizzare piattaforme intermedie a bordo di palloni a quote più basse come stazioni di rilancio.

Il grande vantaggio delle QC-HAP è che possono essere spostate ovunque siano necessarie, sia in zone di alta domanda che in regioni remote. Questa distribuzione flessibile estende la copertura del calcolo quantistico, allevia i colli di bottiglia computazionali e riduce la latenza.

Inoltre, possono essere collegate tra loro per aumentare la potenza di calcolo complessiva, formando “una flotta dinamica capace di fornire servizi di calcolo quantistico su richiesta e scalabili in tutto il mondo,” ha dichiarato il co‑autore dello studio, Wiem Abderrahim, attualmente ricercatore presso l’Università di Cartagine in Tunisia.

Questa architettura scalabile a costellazione multi-HAP può superare le limitazioni energetiche individuali e migliorare i vantaggi computazionali.

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

I ricercatori hanno applicato l’approccio a due forme leader di calcolo quantistico per la loro maturità, stabilità, scalabilità e tempo di coerenza. La riduzione della domanda di raffreddamento varia con l’architettura dei qubit perché ogni tipo opera in un diverso intervallo di temperature criogeniche.

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

La loro analisi mostra anche che questi HAP abilitati al quantistico supportano il 30% più di qubit rispetto ai QDC basati a terra mantenendo tassi di errore più bassi, soprattutto sfruttando capacità hardware avanzate.

Oltre ai qubit, il risparmio energetico ottenuto dal sistema quantistico stratosferico dipende anche dall’architettura del centro dati, ha osservato lo studio.

Pur essendo potente, questo concetto futuristico è ancora lontano da un’implementazione pratica, richiedendo notevoli progressi nell’hardware del calcolo quantistico, come sistemi robusti per identificare e correggere gli errori, in particolare durante la trasmissione.

Ci sono anche le caratteristiche uniche dell’ambiente stratosferico, come le variazioni stagionali dell’irradianza solare e le condizioni meteorologiche che influenzano l’energia solare raccolta e, di conseguenza, l’efficienza energetica della loro piattaforma proposta, che richiedono un’attenta considerazione.

L’obiettivo dello studio per la ricerca futura dovrebbe essere analizzare come i fattori ambientali influenzano i sistemi quantistici e sviluppare progetti robusti per il dispiegamento reale delle QC‑HAP.

“I nostri prossimi passi sono passare dalla fase concettuale e analitica a studi più focalizzati sull’implementazione.”

– Co‑autore dello studio, Osama Amin

Guardando al futuro, i ricercatori prevedono che le soluzioni quantistiche aeree non sostituiranno ma coesisteranno con i tradizionali centri dati basati a terra in un quadro di cloud computing ibrido.

The Global Race to Make Quantum Computers a Reality

Mentre i ricercatori esplorano piattaforme quantistiche basate sul cielo, i principali attori dell’industria continuano a far progredire l’hardware necessario per l’era quantistica che queste piattaforme potranno eventualmente supportare. 

IBM (IBM ), ad esempio, è tra coloro che sono profondamente coinvolti nei computer quantistici, sperando di consegnare Starling, un computer quantistico su larga scala a prova di guasto, prima della fine del decennio.

Recentemente, l’azienda ha annunciato lo sviluppo di nuove unità di elaborazione quantistica (QPU) che si prevede aiutino a raggiungere il vantaggio quantistico così come un computer quantistico completamente a prova di guasto.

Con 120 qubit, IBM Quantum Nighthawk è il suo primo nuovo processore che può eseguire calcoli quantistici del 30% più complessi rispetto alla precedente QPU di IBM (R2 Heron). Ognuno di questi qubit può connettersi con i quattro vicini più prossimi grazie a accoppiatori sintonizzabili. Questo quadro consentirà agli scienziati di esplorare problemi che richiedono 5.000 porte a due qubit, con IBM che spera di avere le versioni future di Nighthawk in grado di fornire fino a 10.000 porte entro la fine del 2027.

IBM Loon è l’altro processore più piccolo, che ha 112 qubit e tutti gli elementi hardware necessari per una piena tolleranza ai guasti per affrontare l’alto tasso di errore nei qubit. Questo aiuterà il team a imparare in anticipo rispetto a Kookaburra, un altro processore proof‑of‑concept, che sarà il primo QPU a design modulare per memorizzare ed elaborare informazioni codificate. È previsto per il prossimo anno.

Inoltre, IBM ha condiviso che il loro nuovo formato di fabbricazione di processori quantistici su wafer da 300 mm (12 pollici) dimezza il tempo necessario per costruirne ciascuno aumentando la complessità fisica dei chip di 10 volte.

Mentre l’hardware accelera, le tempistiche per il quantum mainstream variano drasticamente tra i leader del settore.

I computer quantistici, secondo l’ex CEO di Intel, Pat Gelsinger, diventeranno mainstream molto più rapidamente, in circa due anni, e segneranno la fine delle GPU. Nel frattempo, Nvidia, un attore dominante nel mercato delle GPU, ha affermato che ci vorranno due decenni perché il quantum diventi mainstream.

“Stiamo entrando nel decennio o due più emozionanti per i tecnologi,” ha detto Gelsinger in un’intervista al FT. Ha anche definito il calcolo quantistico la “santa trinità” del mondo del calcolo, accanto al calcolo classico e all’AI.

Ma mentre Gelsinger crede anche che una “svolta quantistica” farà scoppiare la bolla dell’AI, Sundar Pichai di Google la vede come il prossimo boom dell’AI stessa.

Il CEO della terza più grande azienda al mondo per capitalizzazione di mercato, pari a 3,86 trilioni di dollari, ha dichiarato in una recente intervista che il calcolo quantistico sta rapidamente avvicinandosi a un momento di svolta simile a quello che l’AI ha vissuto qualche anno fa.

“Direi che il quantum è lì, dove forse l’AI era cinque anni fa. Quindi penso che tra cinque anni saremo in una fase molto eccitante del quantum.”

– Pichai

E Google si sta posizionando in modo aggressivo per questo cambiamento. Secondo Pichai: “Abbiamo gli sforzi di calcolo quantistico più all’avanguardia al mondo… costruire sistemi quantistici, penso, ci aiuterà a simulare e comprendere meglio la natura e a sbloccare molti benefici per la società.”
Rinforzando questa traiettoria, lo scorso mese, i ricercatori di Google Quantum AI hanno riportato l’implementazione di un codice di superficie usando tre circuiti dinamici distinti. Ciò apre nuove possibilità per l’applicazione reale della nota tecnica di Correzione degli Errori Quantistici (QEC) e potrebbe anche aiutare a sviluppare computer quantistici più affidabili.

La QEC è il modo per far funzionare questi computer in modo affidabile. È anche essenziale per costruire computer quantistici a prova di guasto, 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 detto il co‑autore Matt McEwen.

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

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

Basandosi su ciò, il team ha continuato a lavorare per dimostrare che funzionano in esperimenti in condizioni reali.

Durante i test, hanno scoperto che i circuiti iSWAP hanno migliorato la soppressione degli errori di 1,56 volte e il circuito walking di 1,69 volte, mentre il circuito hex lo ha fatto di 2,15 volte.

“Il più grande insegnamento del nostro lavoro è confermare che queste implementazioni di circuiti dinamici funzionano nella realtà.”

– McEwen

I progressi nella stabilità dei qubit stanno accelerando. Gli ingegneri di Princeton sono stati recentemente in grado di estendere la durata dei qubit nella loro ultima ricerca, parzialmente finanziata da Google Quantum AI.

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

“La vera sfida, la cosa che ci impedisce di avere computer quantistici utili oggi, è che costruisci un qubit e l’informazione non dura molto,” ha detto il co‑autore Andrew Houck, decano dell’ingegneria di Princeton. “Questo è il prossimo grande salto in avanti.”

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

L’opzione del qubit transmon utilizzata si basa su circuiti superconduttori che operano a temperature estremamente fredde e offrono una solida protezione dal rumore ambientale. Funzionano anche bene con i processi di produzione odierni. Tuttavia, aumentare il tempo di coerenza di questi qubit è estremamente difficile.

Quindi, il team di Princeton ha ridisegnato il qubit, usando il tantalio eccezionalmente robusto per prevenire la perdita di energia e il silicio di alta qualità ampiamente disponibile come substrato. Questo chip tantalio‑silicio non è solo più facile da produrre in massa, ma supera anche i design attuali.

Combinando questi due elementi, insieme al perfezionamento delle tecniche di produzione, il team ha raggiunto uno dei miglioramenti più significativi nella storia del transmon. Un ipotetico computer da 1.000 qubit potrebbe funzionare circa un miliardo di volte meglio se il miglior design attuale dell’industria fosse sostituito con il design di Princeton, grazie ai suoi miglioramenti che scalano esponenzialmente con la dimensione del sistema, ha detto Houck.

Théau Peronnin, CEO di Alice & Bob, un’azienda che sviluppa un sistema di calcolo quantistico a prova di guasto con Nvidia, ha recentemente dichiarato che sebbene la tecnologia quantistica non sia ancora sufficientemente avanzata da minacciare i sistemi crittografici attuali, potrebbe diventare abbastanza potente da romperli qualche anno dopo il 2030.

Ciò rappresenta una minaccia non solo per Bitcoin (BTC ) e le criptovalute, ma anche per tutta la crittografia bancaria. Ha detto a Fortune in un’intervista:

“La promessa del calcolo quantistico è un’accelerazione esponenziale, ma se si osserva da lontano una curva esponenziale, è piatta—e poi diventa un muro verticale. Quindi siamo appena all’inizio dell’inflessione. Ora, non è più potente del tuo smartphone. Ma concedile qualche anno, e sarà più potente del più grande supercomputer mai costruito.”

Le aziende, tuttavia, stanno lavorando su soluzioni, mentre i ricercatori stanno ampliando la portata delle reti quantistiche. Lo scorso mese, i ricercatori della University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME) hanno aumentato la portata delle connessioni quantistiche da pochi chilometri a 2.000 km.

“Per la prima volta, la tecnologia per costruire un internet quantistico su scala globale è a portata di mano.”

– Prof.ssa Assistente Tian Zhong

Nel loro studio, il team ha aumentato il tempo di coerenza degli atomi di erbio individuali da 0,1 millisecondi a oltre 10 millisecondi, e in un caso hanno raggiunto persino 24 millisecondi.

L’innovazione qui è stata la costruzione dei cristalli critici per creare l’entanglement quantistico in modo diverso. Per questo, hanno utilizzato l’epitassia a fascio molecolare (MBE), simile alla stampa 3D. “Iniziamo dal nulla e poi assembliamo questo dispositivo atomo per atomo,” ha aggiunto, “La qualità o purezza di questo materiale è così alta che le proprietà di coerenza quantistica di questi atomi diventano superbe.”

Investing in Quantum Tech

IonQ, Inc. (IONQ ) è una società puramente quantistica che sta costruendo e commercializzando computer quantistici con un focus sui qubit a ioni intrappolati. L’azienda offre hardware quantistico tramite le principali piattaforme cloud. Rende il calcolo quantistico più accessibile e lo posiziona bene per l’adozione commerciale man mano che il quantum si avvicina all’uso reale.

La performance azionaria di IonQ riflette questo, con le sue azioni attualmente scambiate a $48,10, in calo del 21% nell’ultimo mese ma in rialzo di oltre il 18% YTD e del 67,56% negli ultimi tre anni. Ha un EPS (TTM) di -5,35 e un P/E (TTM) di -9,21.

Per quanto riguarda la solidità finanziaria dell’azienda, ha riportato un fatturato di $39,9 milioni per il Q3 2025, in crescita del 222% su base annua. La perdita netta è stata di $1,1 miliardi, mentre l’EPS GAAP è stato ($3,58) e l’EPS rettificato è stato ($0,17).

IonQ disponeva di $1,5 miliardi in contanti, equivalenti di cassa e investimenti alla fine del trimestre.

“Abbiamo consegnato il nostro traguardo tecnico 2025 di #AQ 64 tre mesi prima, sbloccando 36 quadrilioni di volte più spazio computazionale rispetto ai principali sistemi superconduttori commerciali. Abbiamo raggiunto un traguardo davvero storico dimostrando una performance di porte a due qubit record mondiale del 99,99%, sottolineando il nostro percorso verso 2 milioni di qubit e 80.000 qubit logici entro il 2030.”

– CEO Niccolò de Masi

Durante questo trimestre, IonQ ha anche completato l’acquisizione di Oxford Ionics e Vector Atomic ed è stata premiata con un nuovo contratto con l’Oak Ridge National Laboratory per sviluppare flussi di lavoro quantistici‑classici accelerati e applicazioni energetiche avanzate.

Clicca qui per un elenco delle cinque principali aziende di calcolo quantistico.

Latest IonQ, Inc. (IONQ) Stock News

Conclusion: When ‘the Cloud’ Becomes Quantum

Il calcolo quantistico sta evolvendo rapidamente da una semplice curiosità di laboratorio a una corsa tecnologica globale, dove giganti del settore come IBM, Google e Nvidia stanno spingendo le capacità hardware a livelli senza precedenti. Nel frattempo, le scoperte nella coerenza dei qubit, quant

Nel mezzo di tutto ciò, la proposta della KAUST sta lavorando per rendere il “cloud computing” una realtà tangibile, alimentata da temperature criogeniche naturali e dalla luce solare perpetua. 

Questi progressi mostrano che ci stiamo avvicinando a un punto di inflessione storico. Entro il prossimo decennio, è una possibilità molto reale che il calcolo quantistico passi finalmente dalla teoria alla praticità, rimodellando la crittografia, la scienza e, forse, persino il significato della “cloud” stessa.

Clicca qui per un elenco delle principali azioni di cloud computing.

Riferimenti

1. Abderrahim W., Amin O., & Shihada B. Green quantum computing in the sky. npj Wireless Technology 1, Article 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, K. C. Miao, G. Roberts, K. J. Satzinger, A. Bengtsson, M. Neeley, W. P. Livingston, A. Greene, R. Acharya, L. Aghababaie Beni, G. Aigeldinger, R. Alcaraz, T. I. Andersen, M. Ansmann, F. Arute, …, A. Morvan et al. Demonstration of dynamic surface codes. Nature Physics, 2025, Articolo pubblicato 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, R. J., & Zhong, T. (2025). Dual epitaxial telecom spin-photon interfaces with long-lived coherence. Nature Communications, 16, 9814. https://doi.org/10.1038/s41467-025-64780-6