Qolossus 2.0
Ecco Qolossus 2.0, il primo computer quantistico fotonico italiano - la Repubblica
Ecco Qolossus 2.0, il primo computer quantistico fotonico italiano
Presentato alla Sapienza di Roma un nuovo processore fotonico modulare frutto della collaborazione tra atenei, Icsc e Cnr. Sfrutta circuiti in vetro “scritti” da laser velocissimi per andare oltre il qubit
Non ha bisogno di temperature vicine allo zero assoluto per funzionare, né di complesse attrezzature per isolarlo dall’ambiente circostante. Il suo cuore, al contrario, pulsa a temperatura ambiente, e l’informazione viaggia a cavallo dei fotoni, le particelle di luce. Si chiama Qolossus 2.0, ed è il primo computer quantistico fotonico modulare italiano, presentato oggi al mondo a Sapienza Università di Roma. Il dispositivo rappresenta un tassello cruciale nella strategia nazionale sulle tecnologie quantistiche, ed è stato sviluppato all’interno del Centro nazionale di ricerca in high performance computing, Big Data e quantum computing (Icsc) con i finanziamenti del Pnrr; a realizzarlo, una cordata tutta italiana, composta dal Quantum Lab di Sapienza, guidato da Fabio Sciarrino, dall’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Cnr di Milano e dall’Università di Pavia.
Come funziona
Il processo di funzionamento di una macchina di questo tipo ricorda vagamente un sofisticato circuito di scambi, percorso da particelle di luce anziché da treni (come avviene nel mondo macroscopico) o da elettroni (come avviene nei processori “tradizionali”). Tutto ha inizio da una sorgente laser che genera ed emette singoli fotoni, in sequenza. Questi fotoni vengono poi “iniettati” all’interno di un processore in vetro, dove imboccano microscopici canali trasparenti chiamati “guide d’onda”. All’interno di questo labirinto ottico, i fotoni, che seguono le leggi della meccanica quantistica, non seguono un “tragitto” lineare: viaggiano invece in stati sovrapposti, esplorando simultaneamente più percorsi. Durante questo viaggio, il loro cammino viene manipolato dall’esterno, scaldando impercettibilmente alcune zone del vetro per deviare la luce, il che è in qualche modo l’equivalente delle operazioni logiche eseguite da un computer tradizionale, finché i fotoni arrivano ai rivelatori finali che misurano il risultato.
Un cuore di vetro e luce
Una delle peculiarità di Qolossus 2.0 risiede nell’hardware: un processore in vetro, inciso con impulsi laser ultra-brevi (a femtosecondi, per la precisione) tramite una tecnologia sviluppata dal Cnr. “L’uso del vetro per realizzare il circuito è un’unicità nel panorama mondiale”, ha spiegato Roberto Osellame, direttore di ricerca all’Ifn-Cnr. “Non si tratta di un circuito passivo, ma di un circuito che può essere programmato per svolgere diversi tipi di operazioni, grazie a degli sfasatori termici che agiscono come una sorta di ‘penna ottica’ in grado di scrivere le guide d’onda nel materiale trasparente, un processo, tra l’altro, completamente green, perché privo di attacchi chimici e materiali di scarto”.
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Oltre il qubit
Un’altra innovazione del processore appena presentato risiede nella sua capacità di elaborare l’informazione. Mentre l’informatica classica usa i bit e quella quantistica “tradizionale” i qubit, la macchina italiana può lavorare anche con i qudit, i “fratelli maggiori” dei qubit, che ne rappresentano un’estensione a dimensioni più alte dell’unità di informazione. “Sfruttando la polarizzazione dei singoli fotoni e il meccanismo dell’entanglement”, ha spiegato Sciarrino, “riusciamo a codificare l’informazione legata al cammino lungo il quale si propagano. Aumentando il numero di guide d’onda è possibile aumentare l’informazione portata dal singolo fotone: è come se con la nostra piattaforma riuscissimo ad andare oltre il qubit”.
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Un ecosistema nazionale
Il nome del nuovo dispositivo è un omaggio a Colossus, uno dei primi e iconici computer della storia, che fu in grado di decifrare alcuni dei codici usati per le comunicazioni dal sistema Enigma. E il successo del progetto dimostra la possibilità reale di consolidare una filiera italiana: le sorgenti di luce arrivano dall’Università di Pavia, i processori dal Cnr di Milano e l’assemblaggio avviene a Roma. “L’obiettivo principale di questa tecnologia”, ha proseguito Sciarrino, “è validare lo sviluppo made in Italy delle singole componenti di un processore quantistico, dalle sorgenti di singoli fotoni ai circuiti integrati fino alla caratterizzazione efficiente degli stati quantistici”. “Qolossus 2.0”, gli ha fatto eco Antonella Polimeni, rettrice di Sapienza, “non è soltanto un nuovo computer quantistico fotonico, ma un risultato che ci parla del futuro dell’Italia: le tecnologie quantistiche sono un terreno sul quale si gioca la credibilità scientifica e strategica del nostro paese”.
Cosa ci faremo?
A questo punto, la domanda più naturale riguarda le applicazioni e l’utilizzo di questa tecnologia. A questo proposito, è bene precisare che le applicazioni commerciali su larga scala sono ancora un obiettivo del medio-lungo termine; tuttavia, la piattaforma fotonica potrebbe trovare anche utilizzi più immediati, sia nel campo della ricerca fondamentale che, per esempio, per il cosiddetto blind computing, un protocollo che permette di elaborare dati senza che il server conosca l’input dell’utente, o per studiare la generazione di numeri casuali certificati. In prospettiva, inoltre, l’architettura si candida a “sposarsi” con gli algoritmi di intelligenza artificiale, supportando il cosiddetto quantum machine learning, con reti neurali quantistiche per l’analisi di dati complessi.
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