Parlare di quantum computing oggi non significa più “immaginare“. Tanti sono i progetti in corso, non poche le realizzazioni sul campo. Ne abbiamo parlato in diversi contributi. Soprattutto, il calcolo quantistico – non con i bit, ma con i qubit – attira oggi l’interesse delle grandi aziende come Ibm, Alphabet, Intel (solo per citarne alcune) e di fatto sono poco meno di un centinaio al mondo le realtà impegnate in questi progetti. Certo, non mancano i problemi. Il calcolo quantistico non fa “riferimento” ai processi con cui siamo abituati a operare oggi che prevedono di fatto, come i bit, due stati (acceso-spento). Per questo si tratta di tecnologie difficili da comprendere. Invece di operare sulla scorta rassicurante dei numeri binari, il quantum aggiunge il cosiddetto stato di “sovrapposizione”, con uno e a zero che coesistono in più stati contemporaneamente estendendo quasi in modo incommensurabile rispetto ad oggi le possibilità di calcolo. Un esempio semplice, per comprendere le differenze potrebbe essere immaginare il confronto tra “acceso e spento” e le infinite posizioni che un qubit può avere proiettato su una sfera.
Oggi già esistono computer quantistici, il problema è portare in questo ambito la scalabilità necessaria ad indirizzare i progetti industriali su larga scala. Ed è questa la sfida che hanno raccolto Seeqc ed il suo cofounder John Levy.
Parliamo di un’azienda giovane, nata dallo spin-out da Hypres (realtà che aveva già raccolto oltre 100 milioni di dollari di investimenti per una fabbrica di chip superconduttori) fondata nel 2018 da John Levy, Oleg Mukhanov e Matthew Hutchings, con head quarter a Elmsford (New York), ma presente anche a Londra e a Napoli, con i suoi lab presso l’Università Federico II (“L’Italia è assolutamente strategica nella ricerca per il quantum computing”, tiene a precisare Levy). Il nome dell’azienda, un acronimo, svela gli stessi obiettivi, come dettaglia Levy: “Seeqc is Scalable, Energy-Efficient Quantum Computing”, obiettivi che interessano i mercati tanto che solo nel 2020 Seeqc ha raccolto finanziamenti per oltre 11 milioni di dollari.
Conta meno di 50 dipendenti, Seeqc, dalle competenze assolutamente verticali, ed è impegnata a sviluppare la prima piattaforma di calcolo quantistico completamente digitale, applicando sia teorie classiche, sia quantistiche attraverso lettura digitale e tecnologia di controllo e “un’architettura unica basata su chip”.
Il sistema così ideato supera le barriere attuali legate all’inefficienza energetica ed ai costi, con l’obiettivo di portare sul mercato la prima applicazione di calcolo quantistico davvero scalabile. Seeqc è anche una delle prime aziende ad aver costruito una fonderia per la produzione di chip commerciali multi-layer superconduttivi e attraverso questa esperienza ha realizzato l’infrastruttura, la progettazione, il test e la produzione di superconduttori quantum-ready.
Quella proposta da Seeqc è una sorta di terza via per accelerare la creazione di qubit per loro natura “poco accessibili rispetto ai bit”, come dice Levy. Oggi si procede raffreddando fino a temperature estremamente basse i circuiti superconduttori per isolare i qubit in uno stato quantico controllabile, oppure cercando di intrappolare i singoli atomi in campi elettromagnetici su chip di silicio, isolando così i qubit (ma si può farlo solo ricreando il vuoto assoluto). Seeqc approccia la sfida quantistica in maniera differente e mediante chip superconduttivi ambisce alla realizzazione di una soluzione scalabile, economicamente competitiva ed energeticamente efficiente.
L’approccio di Seeqc quindi parte proprio da un modello atto ad avvicinare il quantum computing al computing tradizionale con un metodo di produzione su piccola scala, “vicino all’idea dei Cmos”, specifica Levy, con controllo e lettura analogici della temperatura ambiente e sistemi qubit superconduttori raffreddati criogenicamente, i “limiti” dei quali Seeqc bypassa utilizzando elettronica criogenica digitale, definita Sfq (Single-flux quantum) per sviluppare un approccio “system-on-a-chip” per sistemi qubit superconduttori. Parliamo quindi di una piattaforma completamente digitale di calcolo quantistico per le imprese globali che nasce per risolvere i problemi di efficienza, stabilità e costo intrinseci nei sistemi di quantum computing attraverso l’utilizzo di elettronica superconduttiva che permette la lettura ed il controllo digitale in un’unica architettura su chip, così da portare sul mercato le prime applicazioni commerciali scalabili e specifiche per i problemi per cui vengono studiate.
Inoltre mentre gli attuali metodi di calcolo quantistico richiedono che ogni qubit sia da cablare e connettere singolarmente, “Seeqc sta lavorando per eliminare la necessità del processo di cablaggio sostituendo complessi sistemi analogici con controllo digitale stabile e chip di lettura integrati con qubit“. Si rinnovano quindi le sfide per quanto riguarda la supremazia quantistica. L’affermazione della quale oggi non è in discussione mentre il vero problema resta la “commercializzazione”. Spiega Levy: “I computer quantistici potranno essere davvero commercializzati quando i sistemi di calcolo quantistico specifici per le applicazioni potranno essere utilizzati per risolvere i problemi attuali dalle aziende. Mentre senza commercializzazione, non vi è alcun incentivo nel mondo reale per l’informatica quantistica. Proprio su questo punto si differenzia la proposta Seeqc“.
Resta evidente quanto per il progetto sia importante l’apertura e la collaborazione con le università e i partner. Commerciali e non. Tra i “national lab customers” vi sono realtà come Nasa, il Nist, il dipartimento Usa per l’energia, e tra le università Oxford, l’Università di Vienna, la Standford University.
Italia e Napoli, ruolo centrale nel quantum computing
La centralità dell’Italia nei progetti di Seeqc per il quantum computing non è d’occasione. Con l’Università Federico II di Napoli la partnership è di lunga data – con i lab all’interno del Cesma (Centro Servizi Metrologici e Tecnologici Avanzati) e una vera e propria scuola nata dagli insegnamenti di Antonio Barone – ed ora Seeqc vuole investirvi ulteriormente anche per cogliere ulteriori possibilità di business nel mercato nascente del quantum computing.
Spiega bene Marco Arzeo, Lab Manager presso la sede italiana di Seeqc: “Il goal di Seeqc e l’oggetto del nostro lavoro di sviluppo attuale è quello di realizzare una piattaforma pronta per passare alla fase di produzione e commercializzazione in tempi brevi, certo aumentando anche il numero di Qubit, con una lettura digitale superconduttiva a freddo del quantum bit fino a portare un segnale meno rumoroso ‘fuori'”. Significa integrare all’interno di un unico chip sia la parte quantum sia la circuiteria elettronica per controllo e lettura dei qubit riducendo cavi e componentistica”.
In particolare, la soluzione che l’azienda vuole offrire al mercato avrà avere prestazioni superiori ai più potenti supercomputer oggi disponibili, pur restando nell’ambito di hardware di dimensioni contenute. Ciò è reso possibile dalle modalità con cui Seeqc ha implementato la tecnologia quantistica nella propria piattaforma. In Italia, Seeqc ha in programma una serie di iniziative e un piano di espansione che verrà definito nei dettagli, comunicato e implementato nei prossimi mesi.
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