Siamo entrati nel laboratorio quantistico di IQM per assistere a una nuova frontiera informatica

      “Il futuro è qui", dichiara una luminosa insegna al neon all'ingresso del quantum data center di IQM a Monaco di Baviera. È un'affermazione audace, ma che la startup finlandese è determinata a soddisfare.

      A destra del cartello d'ingresso si trova una porta blu di metallo pesante. Il mio ospite, il fisico Frank Deppe, capo della tecnologia dell'unità di elaborazione quantistica (QPU) di IQM, mi introduce all'interno.

      Inaugurato lo scorso anno come parte dell'espansione europea di IQM, l'impianto ospita sei computer quantistici superconduttori all'avanguardia, utilizzati per la ricerca dell'azienda e offerti come servizio basato su cloud agli scienziati di tutto il mondo.

      Il centro dati quantistico di Monaco di Baviera di IQM. Crediti: Siôn Geschwindt

      La mia impressione iniziale è il suono-un basso, costante fusa punteggiato da un bizzarro rumore di pompaggio ritmico. Quello, scoprirei più tardi, era il battito cardiaco di un computer quantistico.  

      Gli ultimi brontolii della scena tecnologica dell'UE, una storia del nostro saggio fondatore Boris e qualche discutibile arte dell'intelligenza artificiale. È gratuito, ogni settimana, nella tua casella di posta. Iscriviti ora!Il fulcro del data center, tuttavia, sono i criostati - le strutture dorate simili a lampadari che sono diventate sinonimo di calcolo quantistico nell'immaginazione pubblica. 

      I criostati sono costituiti da un intricato sistema di cavi in ottone placcato oro e rame che canalizza i segnali a microonde fino alla QPU o “chip”, che si trova proprio nella parte inferiore del lampadario. Questi impulsi a microonde consentono agli scienziati di controllare e manipolare i qubit sul chip e, a loro volta, eseguire algoritmi per eseguire calcoli quantistici. 

      Il cablaggio intricato all'interno del criostato incanala gli impulsi a microonde fino al chip quantico. Crediti: Siôn Geschwindt

      Perché tutto questo funzioni, tuttavia, i computer quantistici superconduttori devono essere raffreddati vicino allo zero assoluto (o -273,15 gradi Celsius). Questo rende macchine come queste tra i luoghi più freddi dell'universo conosciuto.

      I qubit, che sono le unità di base delle informazioni in un computer quantistico, sono incredibilmente sensibili al calore, alle vibrazioni, alle particelle vaganti o ai segnali elettromagnetici. Anche il minimo disturbo può causare errori o cancellare completamente le informazioni, dice Frank, gesticolando intorno a noi come se potesse vedere le onde e le particelle che volano intorno alla stanza.   

      A temperature ultra-fredde, tuttavia, i materiali superconduttori perdono tutta la resistenza elettrica, consentendo ai qubit di mantenere le loro delicate proprietà quantistiche. Ma l'ultra-freddo non è abbastanza — i qubit hanno anche bisogno di un isolamento quasi perfetto da altre particelle nell'aria. Ecco perché i criostati sono collocati in una spessa camera a vuoto metallica, che aiuta a proteggere i qubit dalle interferenze.

      Quando è operativo, il criostato è bloccato all'interno di una camera a vuoto super-raffreddata, il che rende macchine come questa tra i luoghi più freddi dell'universo conosciuto. Crediti: Siôn Geschwindt

      Ogni macchina è supportata da un hardware industriale serio. Uno dei più grandi pezzi di attrezzature in laboratorio è il sistema criogenico. Composto da una rete di compressori, serbatoi, pompe e tubi, il suo compito è quello di trasferire l'elio liquido per raffreddare il criostato. Il compressore dell'elio produce il suono ritmico distintivo di un computer quantistico - il criostato stesso è completamente silenzioso.

      Poi ci sono i server, posti accanto a ciascun criostato. Forniscono l'infrastruttura di controllo e supporto precisa che consente ai delicati sistemi quantistici di funzionare in modo efficace. Producono anche gli impulsi a microonde specifici necessari per mantenere stabili i qubit. 

      Sì, anche i computer quantistici del futuro avranno bisogno di computer classici per funzionare, dice Frank. 

      Un esempio del classico cabinet elettronico richiedeva l'esecuzione di uno dei computer quantistici di IQM. Credito: IQM

      Sono rimasto stupito dalla straordinaria quantità di infrastrutture necessarie per alimentare un chip quantistico appena più grande della mia unghia. Ma tutta quella tecnologia è essenziale: protegge i fragili qubit pur consentendo la loro manipolazione. 

      "È necessario isolare i qubit dall'ambiente, ma comunque controllarli”, afferma Frank. "Questo è il paradosso ingegneristico del calcolo quantistico.” 

      Attingere al mondo subatomico della meccanica quantistica - con fenomeni come la sovrapposizione e l'entanglement — per eseguire calcoli utili è una delle sfide più difficili della scienza moderna. E ' sconcertato ricercatori per decenni. Ma ora, dopo anni di progressi costanti, siamo più vicini che mai alle applicazioni potenzialmente in grado di cambiare il mondo-e i profitti potrebbero essere enormi.

      Verso il vantaggio quantico

      Ci si aspetta che i computer quantistici del futuro risolvano problemi che sono ben oltre la portata dei supercomputer più potenti di oggi — un punto noto come “vantaggio quantistico"."Queste macchine potrebbero simulare molecole complesse per la scoperta di farmaci, progettare nuovi materiali dal livello atomico in su e rivoluzionare la logistica e la finanza risolvendo enormi problemi di ottimizzazione. Potrebbero anche rompere tutta la crittografia Internet su ciò che è noto come Q-Day, quindi ci sono anche dei rischi.

      Tuttavia, la maggior parte degli esperti concorda sul fatto che avremo bisogno di un sistema da 1 milione di qubit e oltre per fare questo tipo di calcoli-e questo è ancora molto lontano.

      Siamo attualmente in quella che è conosciuta come l'era Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ), dove abbiamo piccoli computer quantistici in grado di eseguire esperimenti reali ma sono ancora troppo “rumorosi” e soggetti a errori per fare qualcosa di veramente innovativo.

      I processori quantistici di IQM attualmente vanno da sei a 50 qubit. L'anno prossimo, è impostato per rilasciare un sistema più grande da 54 a 150 qubit chiamato Radiance, che dice che “spianerà la strada” al vantaggio quantistico-quando un computer quantistico può risolvere un problema che nessun computer classico può). La società spera di produrre un sistema da 1 milione di qubit entro il 2033. 

      Uno dei criostati aperti di IQM. Il chip è alloggiato dietro il cilindro metallico proprio nella parte inferiore del lampadario. Credito: IQM

      Con sede a Helsinki, IQM ha costruito un business basato sull'aiutare i ricercatori ad allenarsi e navigare su sistemi più piccoli prima che quelli più grandi diventino disponibili in commercio. Utilizzando queste macchine, gli scienziati possono già esplorare algoritmi quantistici, sviluppare hardware e prototipare soluzioni per problemi specifici come la modellazione climatica o la scoperta di farmaci. 

      Fondata nel 2018, IQM ha raccolto 2 210 milioni fino ad oggi, rendendola la seconda società di calcolo quantistico meglio finanziata in Europa. Secondo Bloomberg, la startup è anche in trattative per raccogliere oltre $200mn in capitale fresco, che porterebbe il suo totale a oltre 4 400mn. A giugno, il co-fondatore e CEO dell'azienda, Jan Goetz, condividerà la sua visione del futuro quantistico dell'Europa alla conferenza TNW.

      Situato nel fiorente ecosistema di startup quantistiche della Finlandia, IQM ha costruito oltre 30 computer quantistici full-stack fino ad oggi nella sua struttura di Espoo, a ovest della capitale, Helsinki. Questo sito ospita anche l'unica fabbrica privata di chip quantistici in Europa. 

      Inés De Vega, vice presidente dell'innovazione di IQM, ha dichiarato a TNW che i suoi processori quantistici hanno “prestazioni simili, se non migliori, in termini di fedeltà” rispetto a IBM, spesso considerata il leader mondiale nella tecnologia quantistica. La fedeltà si riferisce alla precisione con cui un computer quantistico può eseguire operazioni su qubit senza introdurre errori — una metrica critica per la costruzione di sistemi quantistici affidabili e scalabili. 

      La sede centrale di IQM a Espoo, in Finlandia, ospita l'unico impianto di fabbricazione di chip quantistici in Europa. Credito: IQM

      Mentre IQM è una delle startup quantistiche più importanti d'Europa, è tutt'altro che da sola. Ci sono attualmente 122 aziende di calcolo quantistico nel continente, con un valore combinato di quasi $13 miliardi, secondo i dati di Dealroom.  

      Quantinuum, con sede nel Regno Unito, è il più finanziato, avendo raccolto $647 milioni a una valutazione di 5 5 miliardi. Invece di utilizzare circuiti superconduttori super-raffreddati, Quantinuum sviluppa computer quantistici a ioni intrappolati, che utilizzano atomi elettricamente carichi controllati da laser per qubit. Altri grandi colpi europei includono la startup francese Pasqal e l'Oxford Quantum Circuits del Regno Unito. 

      Negli Stati Uniti, giganti tecnologici come IBM, Google, Amazon, Microsoft e Intel, oltre a startup ben finanziate come PsiQuantum, stanno tutti correndo per scalare i propri computer quantistici e ridurre i tassi di errore. 

      A livello globale, più di 30 governi hanno promesso oltre 40 miliardi di dollari in finanziamenti pubblici per le tecnologie quantistiche, che saranno implementate nel prossimo decennio.

      Sia il settore privato che quello pubblico stanno inseguendo il santo graal: un computer quantistico tollerante ai guasti, abbastanza potente e stabile da eseguire algoritmi complessi con errori minimi. IQM mira ad arrivarci entro il 2030, secondo la sua roadmap pubblicamente disponibile.

      La stima di IQM è sul lato ottimista. A febbraio, il CEO di Google Sundar Pichai ha detto che crede che i computer quantistici "praticamente utili" siano tra cinque e 10 anni. Un mese prima, Jensen Huang di Nvidia ha suggerito che siamo ancora almeno 15 anni — un commento che ha fatto crollare le scorte quantistiche.

      La verita ' e ' che nessuno sa esattamente quando arriveremo. Ma una cosa è chiara: raggiungere il traguardo quantistico richiederà anni di sperimentazione, iterazione e scoperte ingegneristiche. Questo lavoro è già in corso in laboratori come IQM, dove i confini della fisica vengono spinti, un qubit alla volta.

      Alla conferenza TNW del 19 giugno, il CEO e co-fondatore di IQM Jan Goetz si unirà a Elvira Shishenina, senior director di Quantinuum, e Tom Henriksson, general partner di OpenOcean, per una tavola rotonda intitolata " Quantum Race: Can Europe Secure Leadership in Quantum?"I biglietti per l'evento sono ora in vendita. Usa il codice TNWXMEDIA2025 al momento del check-out per ottenere il 30% di sconto sul prezzo.