Sei siti europei ospiteranno i primi computer quantistici entro il 2023

L’impresa comune per il calcolo ad alte prestazioni europeo (EuroHPC) ha annunciato la selezione di 6 siti che ospiteranno i primi computer quantistici europei.

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Donatella Maisto

Digital Transformation and Sustainability Manager

Esperta Blockchain e digital transformation, tech-human need e sostenibilità nella sua accezione contemporanea.

La selezione di 6 siti che ospiteranno i primi computer quantistici europei è un passo fondamentale per la realizzazione della visione che le Istituzioni europee intendono creare in Europa: un’infrastruttura di supercalcolo e calcolo quantistico di livello mondiale accessibile in tutta l’UE.

I siti si troveranno in Cechia, Germania, Spagna, Francia, Italia e Polonia.

I computer quantistici verranno integrati in loco da supercomputer esistenti e formeranno così un’ampia rete che si estenderà in tutta Europa.

I nuovi computer quantistici risponderanno alla crescente domanda di risorse per il calcolo quantistico e di potenziali nuovi servizi a favore dell’industria e del mondo accademico europeo. Nel giro di poche ore saranno in grado di risolvere problemi complessi relativi a settori quali la salute, il cambiamento climatico, la logistica o il consumo di energia, rispetto ai mesi e agli anni richiesti dai sistemi attuali e lo faranno consumando molta meno energia.

L’investimento totale previsto ammonta a oltre 100 milioni (euro), una metà dei quali proviene dall’UE e l’altra metà dai 17 paesi che partecipano all’EuroHPC.

I 17 paesi partecipanti all’iniziativa quantistica EuroHPC sono: Belgio, Cechia, Danimarca, Germania, Irlanda, Spagna, Francia, Italia, Lettonia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Romania, Slovenia, Finlandia, Svezia e Norvegia.

A cosa serviranno

I nuovi computer quantistici, disponibili entro la seconda metà del 2023, supporteranno un’ampia gamma di applicazioni di rilevanza industriale, scientifica e sociale per l’Europa.

Serviranno in particolar modo per:

  • lo sviluppo molto più rapido ed efficiente di nuove medicine, grazie alla creazione di un “gemello digitale” di un corpo umano su cui ad esempio condurre sperimentazioni virtuali di farmaci;
  • la risoluzione di complessi problemi di logistica e di programmazione per aiutare le imprese a risparmiare tempo e carburante;
  • lo sviluppo e la possibilità di testare in un ambiente virtuale nuovi materiali come polimeri per aerei, convertitori catalitici per automobili, celle solari o superconduttori a temperatura ambiente in grado di immagazzinare energia a tempo indeterminato.

L’introduzione di questi nuovi computer quantistici consente il raggiungimento più veloce degli obiettivi indicati nella visione prospettica per la trasformazione digitale dell’Europa entro il 2030, delineata dal decennio digitale. In particolare, ciò significa disporre del primo computer europeo con accelerazione quantistica entro il 2025 ed essere all’avanguardia in termini di capacità quantistiche entro il 2030.

Questo progetto è totalmente “made in Europe”: le macchine saranno costituite interamente da hardware e software europei per sfruttare la tecnologia europea sviluppata nell’ambito delle iniziative quantistiche finanziate dall’UE, dei programmi di ricerca nazionali e degli investimenti privati.

Il futuro dei computer quantistici in Europa

L’Europa ha una lunga tradizione di eccellenza nella ricerca quantistica. Ora è fondamentale sviluppare una solida base industriale che si basi su questa tradizione. Senza un coordinamento degli sforzi di ricerca e finanziamento a livello europeo, l’Europa rischierebbe di rimanere indietro rispetto ai suoi concorrenti mondiali.

Per rispondere a questa sfida è stato lanciato, nel 2018, il Quantum Technologies Flagship, iniziativa di ricerca e innovazione a lungo termine, che mira a porre l’Europa in prima linea nella seconda rivoluzione quantistica.

Gli obiettivi di ricerca sono delineati nella Strategic Research Agenda on Quantum technologies, alla cui redazione hanno contribuito oltre 2.000 esperti quantistici europei. La sua visione a lungo termine è quello di sviluppare in Europa il cd. Internet quantistico, dove i computer quantistici, simulatori e sensori sono interconnessi tramite reti di comunicazione quantistica.

Si tratta di un’iniziativa di ricerca su larga scala, con un bilancio di 1 miliardo di euro finanziato dall’UE, che riunisce istituti di ricerca, industria e finanziatori pubblici, consolidando ed espandendo la leadership scientifica europea e l’eccellenza in questo campo.

Questa iniziativa si inserisce in un impegno di più ampio respiro dell’UE, che si sta adoperando per integrare i computer e i simulatori quantistici europei come acceleratori nell’infrastruttura di supercalcolo, con l’impegno di acquistare più computer quantistici nel futuro.

Per sviluppare ulteriormente il calcolo quantistico e più specificamente il software quantistico, la Commissione ha previsto di istituire centri di eccellenza per la scienza e l’industria incentrati su casi di utilizzo sia accademico sia industriale di computer e simulatori quantistici.

Questi centri, rivolti a tutti gli appartenenti al settore dell’industria e al mondo accademico, come pure alla più ampia comunità di utenti della tecnologia quantistica, saranno un punto di riferimento per le applicazioni quantistiche accademiche e industriali e forniranno alle organizzazioni europee servizi e sostegno seguendo le modalità già implementate dai centri di eccellenza per il calcolo ad alte prestazioni. 

Impresa comune per il calcolo ad alte prestazioni europeo

L’impresa comune per il calcolo ad alte prestazioni europeo (EuroHPC) è un’entità giuridica e finanziaria creata nel 2018 per permettere all’UE e ai paesi partecipanti alla EuroHPC di coordinare i loro sforzi e mettere a fattor comune le risorse stanziate con l’obiettivo di fare dell’Europa un leader mondiale del supercalcolo.

Nel luglio 2021 il Consiglio ha adottato il regolamento EuroHPC, con un ulteriore investimento di 7 miliardi (euro).

L’EuroHPC ha già finanziato il progetto ibrido per il calcolo ad alte prestazioni e il simulatore quantistico (HPCQS), che ha preso il via alla fine del 2021.

Il progetto mira a integrare 2 simulatori quantistici, ognuno dei quali controlla circa 100+ bit quantistici (qubit) in 2 supercomputer già esistenti:

  • il supercomputer Joliot Curie di GENCI, l’organizzazione nazionale francese di supercalcolo, con sede in Francia;
  • il supercomputer JUWELS del Centro di supercalcolo Jülich, con sede in Germania.

Attraverso questa interoperatività il progetto HPCQS diventerà un incubatore per un sistema unico al mondo di calcolo ibrido basato su calcolo quantistico e supercalcolo. 

Le tecnologie quantistiche

Nel 2016 i portatori di interessi del settore quantistico europeo hanno pubblicato il Manifesto Quantistico, che ha portato al lancio, nel 2018, di un’iniziativa di ricerca e innovazione collaborativa, per un periodo di 10 anni, finanziata dall’UE con lo stanziamento di 1 miliardo (euro), ovvero l’iniziativa faro sulle tecnologie quantistiche, che, ora, entra in una nuova fase.

L’iniziativa faro sulle tecnologie quantistiche consoliderà e amplierà la leadership della ricerca europea nelle tecnologie quantistiche e faciliterà lo sfruttamento dei suoi risultati da parte dell’industria.

I progetti dell’iniziativa faro creano e sviluppano tecnologie per le attività a valle (downstream), quali la diffusione di computer e simulatori nell’ambito dell’EuroHPC o la realizzazione di un’infrastruttura di distribuzione a chiave quantistica (QKD) nell’ambito dell’iniziativa dell’infrastruttura europea di comunicazione quantistica (EuroQCI).

Le due rivoluzioni quantistiche

Nei prossimi anni, le tecnologie quantistiche renderanno possibile fare cose che, oggi, sembrano impensabili.

Con il quantum computing ci sarà la possibilita’ di eseguire compiti computazionali complessi, come la modellazione di reazioni biomolecolari e chimiche, che i supercomputer più potenti attualmente non possono gestire e si invieranno informazioni sensibili in modo sicuro ovunque e a diagnosticare le malattie in modo più rapido e accurato guardando all’interno delle cellule.

Con la prima rivoluzione quantistica, durante l’inizio del XX secolo, gli scienziati hanno imparato a capire e applicare le proprietà della meccanica quantistica – le interazioni di molecole, atomi e particelle ancora più piccole come fotoni ed elettroni. Questo ha permesso loro di creare transistor, laser e microprocessori, alla base di tecnologie per computer, telecomunicazioni, navigazione satellitare e diagnostica medica moderna.

La seconda rivoluzione quantistica è ora in corso. I ricercatori possono rilevare e manipolare le singole particelle e le loro interconnessioni e interazioni fisiche, costruire nuove tecnologie e sistemi che utilizzano le proprietà della meccanica quantistica sottostante. Questi sviluppi hanno portato a importanti progressi tecnici in molti settori diversi, tra cui l’informatica quantistica, i sensori, le simulazioni, la crittografia e le telecomunicazioni. Un’intera generazione di nuove tecnologie quantistiche impatterà significativamente sul sistema economico e sociale.

L’iniziativa europea per l’infrastruttura di comunicazione quantistica (EuroQCI)

Da giugno 2019, tutti i 27 Stati membri dell’UE hanno firmato la Dichiarazione EuroQCI, accettando di collaborare, con la Commissione e con il sostegno dell’Agenzia Spaziale Europea, allo sviluppo di un’infrastruttura di comunicazione quantistica che copra l’intera UE (EuroQCI).

L’iniziativa EuroQCI mira a costruire un’infrastruttura di comunicazione quantistica sicura che si estenderà a tutta l’UE, compresi i suoi territori d’oltremare.

I paesi partecipanti stanno lavorando con la Commissione europea e l’Agenzia spaziale europea (ESA) per progettare, sviluppare e implementare l’EuroQCI. L’obiettivo è la piena operatività entro il 2027.

L’EuroQCI:

  • salvaguarderà i dati sensibili e le infrastrutture critiche integrando sistemi quantistici nelle infrastrutture di comunicazione esistenti, fornendo un ulteriore livello di sicurezza basato sulla fisica quantistica;
  • rafforzerà la protezione delle istituzioni governative europee, dei loro data center, ospedali, reti energetiche, diventando uno dei principali pilastri della nuova strategia dell’UE in materia di sicurezza informatica per i prossimi decenni.

Lo sviluppo delle tecnologie necessarie servirà a rafforzare le capacità scientifiche e tecnologiche dell’Europa in materia di cybersecurity e tecnologie quantistiche. Migliorerà anche la sovranità digitale e la competitività industriale dell’Europa.

L’EuroQCI comprenderà un segmento terrestre basato su reti di comunicazione in fibra, che collegano siti strategici a livello nazionale e transfrontaliero e un segmento spaziale basato su satelliti. Collegherà le reti nazionali di comunicazione quantistica in tutta l’UE e fornirà una copertura globale.

Sono già in corso i lavori coordinati dalla Commissione, nel caso del segmento terrestre, e dall’ESA, per quel che riguarda il segmento spaziale. Ciò include i primi passi verso la distribuzione quantistica operativa (QKD), una forma di crittografia altamente sicura, basata sulle attività del progetto OPENQKD di Horizon 2020.

I fondi per EuroQCI provengono dal Digital Europe Programme , da Connecting Europe Facility, così come da Horizon Europe, ESA e fondi nazionali, tra i quali è importante menzionare il Recovery and Resilience Facility.

In particolare, il programma Europa digitale finanzierà:

  • lo sviluppo di dispositivi e sistemi QKD europei;
  • lo sviluppo e la diffusione di reti nazionali di comunicazione quantistica;
  • un’infrastruttura di collaudo e certificazione per dispositivi, tecnologie e sistemi QKD, che verrà infine utilizzata nell’EuroQCI.

Nel 2022-2023, Connecting Europe Facility finanzierà il sostegno ai collegamenti transfrontalieri tra le reti di comunicazione quantistica nazionali, insieme ai collegamenti tra i segmenti terrestri e spaziali dell’EuroQCI.