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Al via EPIQUE, per sviluppare il computer quantistico fotonico europeo

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EPIQUE
Al via EPIQUE, per sviluppare il computer quantistico fotonico europeo

Progetto europeo da 10 milioni di euro guidato da Sapienza Università di Roma con 18 partner, tra cui il Consiglio Nazionale delle Ricerche e l’Università degli Studi di Firenze.

EPIQUE

(17/01/2024) – Fare da apripista per un computer quantistico europeo basato su fotoni, i quanti di luce: è la sfida di EPIQUE, il progetto di ricerca finanziato con 10.340.000 di euro dalla Commissione Europea realizzato da 18 partner di 12 Paesi e guidati da Sapienza Università di Roma e che prende il via oggi con il kick-off meeting.

“L’importante risultato ottenuto con il finanziamento del progetto EPIQUE coordinato dal professor Fabio Sciarrino, a cui vanno i più sinceri complimenti per il prestigioso riconoscimento ottenuto, è una ulteriore conferma – dichiara la Rettrice della Sapienza Antonella Polimeni – dell’impegno dell’Ateneo nell’ambito delle tecnologie quantistiche. Questo progetto si aggiunge ad altre iniziative che vedono Sapienza quale centro di eccellenza del settore, come leader dello Spoke sulle tecnologie fotoniche nell‘ambito del partenariato finanziato dal PNRR sulle quantum technologies, e come partner dello Spoke sul Quantum Computing della fondazione ICSC. Un nuovo successo per la nostra comunità che conferma la sempre crescente attenzione verso l’ecosistema europeo della ricerca.”

I computer quantistici sono una delle più promettenti tecnologie del futuro, macchine potenzialmente capaci di risolvere problemi impossibili anche per i più potenti super computer, ma si tratta di dispositivi in fase prototipale e sono ancora molte le possibili strade di sviluppo. Tra le più promettenti c’è quella basata sulla luce: l’uso di fotoni nel ruolo di qubit. Proprio per studiare in modo approfondito il potenziale offerto dallo sviluppo di piattaforme di calcolo quantistico fotonico nasce EPIQUE – European Photonic Quantum Computer, un progetto che punta a fare da apripista in un ambito con ampi margini di sviluppo.

Prototipi di computer quantistici basati su tecnologie fotoniche hanno dimostrato in questi anni importanti punti di forza, in particolare quelli di avere una bassa decoerenza dei qubit che permette di minimizzare la perdita dell’informazione, una semplice infrastruttura che non richiede di operare a temperature vicine allo zero come nei processori a superconduttori e una naturale integrazione con i sistemi di comunicazione a fibra ottica per la creazione di reti. Ben 3 delle 4 dimostrazioni ad oggi pubblicate di quantum advantage – ossia la capacità di eseguire un processo di calcolo di fatto impossibile per un computer tradizionale – sono state ottenute usando tecnologie fotoniche.

Tuttavia, i risultati esistenti sono stati spesso limitati da apparati ingombranti e difficili da scalare. Riconoscendo il potenziale di questo percorso tecnologico, EPIQUE punta ora a raccogliere le tante realtà europee, sia il mondo accademico che le Piccole e Medie Imprese, già oggi tra i leader al mondo in vari settori delle tecnologie fotoniche, per arrivare alla realizzazione di una piattaforma quantistica fotonica di uso generale. EPIQUE punterà allo sviluppo di 3 diversi prototipi dimostrativi di computer quantistici fotonici a decine di qubits e ad aprire la strada verso una più ambiziosa piattaforma quantistica di oltre 1.000 qubits.

“Il lavoro di EPIQUE è pronto a stabilire un nuovo standard europeo nella ricerca sul calcolo quantistico fotonico”, afferma Fabio Sciarrino della Sapienza, coordinatore di EPIQUE. “Integrando i progressi sia nelle tecnologie che sugli algoritmi – aggiunge – ci concentreremo sullo sviluppo di un percorso verso una piattaforma innovativa di calcolo quantistico. L’impatto delle tecnologie che svilupperemo potrà anche influenzare altre aree di applicazione delle tecnologie quantistiche, come il rilevamento quantistico e la metrologia”.

“I computer classici funzionano grazie al flusso di elettroni attraverso circuiti microelettronici. Una dinamica simile si rispecchia nei computer quantistici fotonici, che si avvalgono di circuiti fotonici integrati. In questi circuiti, i singoli fotoni sono incaricati di realizzare calcoli complessi”, spiega Roberto Osellame, Direttore di Ricerca al CNR-IFN di Milano. “Al CNR – aggiunge – noi creiamo questi circuiti fotonici incidendoli nel vetro mediante l’uso di laser. Grazie al progetto EPIQUE, prevediamo di elevare la complessità di questi dispositivi a livelli mai raggiunti prima, superando gli attuali standard tecnologici”.

EPIQUE è uno dei sei progetti, sulla base di altrettante soluzioni tecnologiche, ideati per sviluppare fisicamente un computer quantistico europeo nell’ambito della Quantum Flagship lanciata dalla Commissione Europea nel 2018 e finanziata con circa 1 miliardo di euro.

 

I partner di EPIQUE sono:

– Sapienza Università di Roma (Uniroma1) Italy

– Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) Italy

– Università degli Studi di Firenze (Unifi) Italy

– Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) France

– Commissariat a l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA) France

– Quandela France

– Single Quantum Bv (Single Quantum) Netherlands

– Universitaet Paderborn (UPB) Germany

– Ruprecht-Karls-Universitaet Heidelberg (UHEI) Germany

– Qubig Gmbh (Qubig) Germany

– Universitat Wien (UniVie) Austria

– Danmarks Tekniske Universitet (DTU) Denmark

– Nkt Photonics A/S Denmark.

– Laboratorio Iberico Internacional de Nanotecnologia Lin (INL) Portugal

– Naukowa I Akademicka Siec Komputerowa – Panstwowy Instytut (NASK) Poland

– Ceske Vysoke Uceni Technicke V Praze (CVUT) Czechia

– Tyndall, University College Cork – National University of Ireland, Cork (UCC) Ireland

– Interuniversitair Micro-Electronica Centrum (IMEC) Belgium

Maggiori informazioni sono disponibili al sito web https://cordis.europa.eu/project/id/101135288

 

Testo e imagini dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

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Fisica

I computer quantistici potranno “ragionare” più velocemente dei calcolatori classici

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computer quantistici classici

I computer quantistici potranno “ragionare” più velocemente dei calcolatori classici. È quanto dimostrato dal team di ricerca federiciano coordinato dal professore Giovanni Acampora, del Dipartimento di Fisica ‘Ettore Pancini’ dell’Università Federico II, che ha realizzato un algoritmo quantistico in grado di eseguire i cosiddetti motori inferenziali, le componenti principali di alcune metodologie di intelligenza artificiale, sfruttando meno risorse computazionali dei calcolatori elettronici.

I computer quantistici potranno “ragionare” più velocemente dei calcolatori classici. Quantum Computing e Intelligenza artificiale: il professor Giovanni Acampora con Roberto Schiattarella e Autilia Vitiello

Lo studio, condotto con il dottorando Roberto Schiattarella e la dottoressa Autilia Vitiello, intitolato “On the Implementation of Fuzzy Inference Engines on Quantum Computers”, è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista IEEE Transactions on Fuzzy Systems.

Oltre al vantaggio computazionale, l’algoritmo offre un ulteriore vantaggio: esso consente di programmare computer quantistici usando l’approccio linguistico tipico del ragionamento umano, semplificando l’interazione con questi strumenti particolarmente complessi da gestire.

Il risultato raggiunto da Acampora, Schiattarella e Vitiello potrà avere importanti ripercussioni nella progettazione dei metodi di intelligenza artificiale del futuro che dovranno avere significative capacità di elaborazione e una estrema semplicità di programmazione per poter gestire la sempre crescente quantità di dati messa a disposizione dalla interconnessione e dalla interazione di diversi sistemi collegati tra loro dalle moderne tecnologie di comunicazione cablati come la fibra ottica, e quelle per dispositivi mobili come 5G e 6G.

I motori inferenziali sono algoritmi che simulano le modalità con cui la mente umana trae delle conclusioni logiche attraverso il ragionamento e sono usati in molte applicazioni dell’intelligenza artificiale riguardanti diverse sfere del quotidiano come, ad esempio, sistemi di diagnosi medica, sistemi di controllo industriale, automotive, e sistemi di automazione e di supporto alle decisioni in genere. I motori inferenziali su cui si basa lo studio condotto da Acampora, Schiattarella e Vitiello sono quelli che utilizzano le cosiddette regole linguistiche fuzzy. Tali regole implementano uno schema di ragionamento in grado di creare un legame tra le variabili di ingresso e quelle di uscita di un sistema, usando un approccio di tipo linguistico, cioè usando espressioni testuali tipiche del pensiero umano. Questo è reso possibile dall’utilizzo della fuzzy logic, uno strumento matematico in grado di modellare il ragionamento umano e abilitare il calcolo basato su parole e costrutti del linguaggio naturale. Seppur ampiamente utilizzate in diverse tipologie di sistemi, i motori inferenziali possono soffrire di una significativa problematica computazionale: il numero di regole che modellano il comportamento di un sistema può crescere esponenzialmente con il numero di variabili di ingresso del sistema stesso rendendo il motore inferenziale poco efficiente nel trarre conclusioni logiche. Di conseguenza c’è la forte necessità di pensare a metodi di calcolo inferenziale in grado di valutare le regole in maniera efficiente anche al crescere del numero delle variabili di ingresso.

I computer quantistici, strumenti di calcolo che sfruttano principi della meccanica quantistica come superposition, entanglement e interferenza, possono rappresentare una possibile soluzione al suddetto problema. Infatti, questi innovativi strumenti informatici abilitano un parallelismo massivo nel calcolo che, come dimostrato dal gruppo del professor Acampora, offre le potenzialità per il raggiungimento di un vantaggio di tipo esponenziale nella esecuzione dei motori inferenziali. Ciò significa che, anche in presenza di sistemi di grandi dimensioni, i motori inferenziali quantistici potranno essere eseguiti efficientemente, ovvero con un tempo di esecuzione inferiore rispetto ai motori inferenziali eseguiti sui classici calcolatori elettronici.

Il risultato raggiunto dal professor Acampora e dal suo gruppo arriva a seguito di numerosi riconoscimenti e premi internazionali ottenuti per i risultati ottenuti nell’ambito della attività di ricerca svolte nell’area della intelligenza artificiale quantistica. Tra tali riconoscimenti si evidenziano il 2019 Canada-Italy Innovation Award ottenuto dal professore Acampora e rilasciato dalla ambasciata canadese in Italia, il Best Paper Award@Fuzz-IEEE 2021 conseguito dal profesore Acampora e dalla dottoressa Vitiello, l’IEEE Computer Society Award on Emerging Technologies ottenuto dal professore Acampora e dalla dottoressa Vitiello, e il 2022 IEEE CIS Graduate Student Research Grant conseguito da Roberto Schiattarella e che gli consentirà di testare il motore inferenziale quantistico sui sistemi di controllo degli acceleratori di particelle del CERN di Ginevra.

 

Testo e foto dall’Ufficio Stampa Università Federico II di Napoli sui computer quantistici che potranno “ragionare” più velocemente dei calcolatori classici.

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