L’inizio di una nuova rivoluzione: lo sviluppo e l’utilizzo dei computer quantistici

Il progetto “Quantum Computing Development”, finanziato da IFAB, per contribuire allo sviluppo delle applicazioni possibili del quantum computing

Il mondo in cui viviamo è contraddistinto da una mole enorme di informazioni interconnesse: è il maggiore effetto della rivoluzione digitale, che ha da tempo introdotto nelle nostre vite azioni come la codificazione, la produzione e l’utilizzo di innumerevoli quantità di dati. Un tema della quantità quindi, al quale si lega strettamente quello delle strumentazioni per il processo e la fruizione: in un contesto di iper-informazione, il ruolo di elaborazione svolto quotidianamente dai calcolatori è infatti a dir poco fondamentale. “Quantum Computing Develoment” è il progetto che si inserisce in questo scenario per contribuire allo sviluppo, al testing e all’efficientamento delle nuove tecnologie di quantum computing, il nuovo paradigma di calcolo che con tutta probabilità da qui a vent’anni andrà prima ad affiancare e poi a sostituire il supercalcolo classico.

Cos’è un computer quantistico? È uno strumento che consente di superare le capacità di calcolo dei computer classici, grazie all’introduzione della meccanica quantistica all’interno dei suoi principi di funzionamento. Rispetto a un computer classico, che funziona secondo una logica binaria e consequenziale, il computer quantistico elabora le informazioni in maniera parallela e simultanea (parallelismo quantistico): questo switch si rivela fondamentale, perché consente alla macchina di gestire un numero decisamente superiore di informazioni, di ridurre drasticamente il tempo per la loro elaborazione e infine di migliorare le prestazioni e l’efficienza dell’output di calcolo.

Gli algoritmi quantistici sono particolarmente efficaci nell’affrontare i problemi di ottimizzazione, ma anche nella crittografia e nell’addestramento delle reti neurali. Già oggi possiamo individuarne le maggiori opportunità di applicazione. Qualche esempio: in campo economico, nell’ottimizzazione del portafoglio di investimenti; nel settore mobilità, per la gestione dei flussi di traffico e l’ottimizzazione delle risorse logistiche; in campo chimico/farmaceutico, per il testing delle molecole e la sperimentazione di farmaci; nell’efficientamento degli algoritmi di machine learning che sono alla base delle piattaforme digitali come Google e i social network.

Il mondo che stiamo contribuendo a creare richiede – e continuerà a richiedere, con crescente urgenza – la disponibilità di computer estremamente potenti, capaci di gestire in maniera fluida e veloce moli di informazioni sempre più complesse e sempre più interconnesse tra loro: il quantum computing è la risposta a questa esigenza e “Quantum Computing Development” è il progetto che, in Italia e in Emilia-Romagna, si concentra sull’esecuzione di esperimenti volti allo sviluppo e all’implementazione delle applicazioni pratiche di questo importantissimo nuovo strumento.

Obiettivi del progetto

Questo progetto si inserisce nella strategia di IFAB per trasformare il Polo bolognese nel punto di riferimento europeo per le applicazioni industriali e finanziarie delle tecnologie di supercalcolo, stabilendo al suo interno un gruppo di ricerca che permetterà:

  • alla Fondazione stessa di partecipare allo sforzo di ricerca nazionale nel settore rilevante del Quantum computing;
  • l’inserimento della Fondazione nel programma europeo di ricerca sul Quantum computing;
  • al Polo di Bologna-Emilia-Romagna Data Valley di essere individuata a livello europeo come il punto di riferimento nelle applicazioni industriali e finanziarie delle tecnologie di supercalcolo;
  • alle imprese presenti in Regione e alle imprese italiane di poter disporre di facili approcci al supercalcolo scientifico e in particolare alle metodologie quantistiche di soluzione di problemi complessi.

Possibili applicazioni

Il progetto consiste nello sviluppo di algoritmi quantistici per l’apprendimento automatico ibrido e l’ottimizzazione di problemi di calcolo combinatorio, finalizzati ad applicazioni nei più svariati ambiti: industria, finanzia, sociologia, medicina, sistemi urbani.

In particolare si esplorano qui le possibili applicazioni rilevanti per il sistema delle imprese, che nello specifico possono riguardare

  1. l’ottimizzazione di processi logistici nell’ambito TLC;
  2. l’ottimizzazione di portafogli finanziari;
  3. l’analisi di reti sociali;
  4. la diagnostica tramite immagini;
  5. la gestione intelligente del traffico di una flotta di veicoli autonomi;
  6. la simulazione di sistemi chimico-fisici per la sintesi farmaceutica;
  7. il potenziamento di algoritmi di apprendimento automatico con scopo predittivo;

e che possa comunque costituire una base di ricerca per una collaborazione con altri partner europei, nell’ambito di programmi di grande dimensione, abbracciando anche problemi quali

  1. la risoluzione di equazioni non-lineari per la modellizzazione aerodinamica;
  2. la simulazione di fenomeni meteorologici su larga scala;
  3.  la ricerca efficiente di informazioni all’interno di una base dati;
  4.  i protocolli di crittografia.

Research partners:

  • IFAB
  • Università di Bologna
  • INFN, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
  • CINECA
  • Leithà

Per informazioni rivolgersi a [email protected]

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