Dopo l’inaugurazione nella primavera del 2024, Partenope, il primo computer quantistico pubblico italiano basato su tecnologia superconduttiva, punta oggi a raggiungere territori inesplorati della computazione quantistica grazie all’installazione di un processore più potente, portando il computo complessivo dei qubit a disposizione del sistema dai 25 iniziali a 64. Il Calcolatore, realizzato dal gruppo di Tecnologie Quantistiche Superconduttive dell’Università degli Studi di Napoli ‘Federico II’ e finanziato dall’ICSC – Centro Nazionale di Ricerca in HPC, Big Data e Quantum Computing, si appresta così ad entrare in una nuova fase operativa che renderà possibile effettuare ulteriori passi verso la scalabilità e la maturità delle tecnologie per il calcolo quantistico, mettendo a disposizione di ricercatori e aziende una piattaforma per lo sviluppo, implementazione e abilitazione di algoritmi e applicazioni sempre più performanti e la formazione di competenze qualificate. Insieme all’Università Federico II e al Centro Nazionale ICSC, tra gli attori protagonisti di questo importante risultato e del già consolidato e attrattivo ecosistema costituitosi intorno a Partenope, anche il Partenariato per le Scienze e le tecnologie Quantistiche NQSTI, a conferma del fondamentare contributo fornito dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR), attraverso le iniziative PNRR, al rilancio del settore delle tecnologie avanzate del Paese.

Al termine degli interventi di installazione del nuovo processore, condotti nel mese di febbraio, prenderà il via la campagna di misure per verificare il corretto funzionamento dei 64 qubit di cui è dotato il nuovo sistema.

“Il potenziamento di Partenope rappresenta una nuova tappa nel percorso che sta rafforzando l’ecosistema italiano della ricerca, rendendolo sempre più competitivo. È la dimostrazione concreta che gli investimenti del PNRR, previsti dal MUR, stanno producendo risultati tangibili: stiamo dotando il Sistema Paese di competenze, infrastrutture e risorse strategiche per sostenere l’innovazione e accelerare lo sviluppo e la diffusione delle tecnologie quantistiche”, sottolinea il Ministro dell’Università e della Ricerca Anna Maria Bernini.

Grazie all’aumento del numero di qubit, Partenope non solo potenzierà le capacità del laboratorio in cui è ospitato, il Quantum Computing Center dell’Università Federico II di Napoli, rendendolo uno dei centri più competitivi in Europa e nel mondo, ma consentirà di svolgere una ricerca di frontiera, esplorando l’integrazione con piattaforme hardware alternative per il calcolo sia classico che quantistico e soluzioni innovative in grado di rendere il calcolo quantistico tollerante agli errori (Fault-tolerant quantum Computing), aspetto essenziale ai fini della scalabilità e della diffusione su larga scala di questa tecnologia. Attività che potranno avvantaggiarsi del cluster di competenze accademiche e industriali che il Quantum Computing Center di Napoli è stato in grado di aggregare nel corso degli ultimi anni.

“Più qubit fisici sono disponibili, più è potenzialmente facile raggiungere livelli di tolleranza agli errori per il calcolo, un’esigenza reale sia della comunità scientifica che del mondo industriale.” Spiega Francesco Tafuri, docente dell’Università Federico II di Napoli e responsabile del centro di computazione quantistica superconduttiva. “Il nuovo processore a 64 qubit di Partenope permetterà inoltre di implementare algoritmi sempre più complessi e in una soluzione multinodale di calcolo parallelo. Realizzato dall’azienda Quantware, il processore rappresenta certamente la punta di diamante di Partenope, la cui realizzazione, gestione e utilizzo rimangono tuttavia il frutto del Know-how acquisito dal gruppo di Tecnologie Quantistiche Superconduttive dell’Università Federico II e di un approccio alle attività di ricerca aperto a collaborazioni distribuite in Europa e in Italia su tutti i componenti del complesso sistema.”

Riuscendo a sfruttare effetti quantistici che si manifestano su scala macroscopica, l’utilizzo di calcolatori quantistici superconduttivi come Partenope garantisce molteplici vantaggi rispetto alle altre tipologie di hardware disponibili. Tra questi c’è la facilità di intervento sui circuiti, sorprendentemente simili a quelli che contraddistinguono i circuiti stampati utilizzati per la computazione classica, e per questo motivo riconfigurabili. Questa loro peculiarità li rende meno soggetto ad errori derivanti dall’interazione del sistema con l’ambiente esterno, offrendo inoltre vantaggiose possibilità di integrazione con sistemi di calcolo ad alte prestazioni.

Tecnologia ritenuta strategica da parte di tutti i documenti programmatici europei e italiani su crescita e sviluppo, la computazione quantistica, nonostante gli incredibili progressi compiuti nell’arco di poco più di un decennio, rimane ancora una risorsa a beneficio di pochi ambiti circoscritti, con limiti tecnici - come quelli che limitano la tolleranza all’errore e la capacità di preservare la coerenza dell’informazione quantistica - che ne impediscono il pieno sfruttamento. Renderla disponibile su larga scala rappresenta quindi una sfida per l’intera comunità scientifica internazionale, impegnata a comprendere come gestire e sfruttare le proprietà quantistiche del quantum bit, l’unità fondamentale di informazione quantistica, e la sua sensibilità all’interazione con il mondo che lo circonda. Un settore a cui l’Italia contribuisce oggi con un ruolo di primo piano attraverso lo Spoke 10 del Centro Nazionale ICSC, che coordina e promuove le attività dedicate allo sviluppo e validazione di tutte le componenti – hardware, middleware e software - e delle principali tecnologie per la realizzazione del calcolo quantistico, insieme a quelle rivolte all’integrazione di architetture di tipo classico e quantistico.

“Il potenziamento di Partenope”, spiegano Paolo Cremonesi e Simone Montangero, leader e co-leader dello Spoke 10 di ICSC, “si inserisce all’interno della roadmap del Centro Nazionale ICSC per il consolidamento di una filiera nazionale del calcolo quantistico competitiva. Un piano che mira all’acquisizione di competenze e capacità relative alle principali piattaforme tecnologiche per il calcolo quantistico, al fine di condividere risultati, garantire autonomia e giocare un ruolo da protagonisti nei futuri progressi di questo settore strategico. Da qui la scelta di finanziare la costruzione, insieme al computer superconduttivo di Napoli, di altre tre infrastrutture presso le Università di Roma, Firenze e Padova, basate rispettivamente su tecnologie in grado di sfruttare fotoni, atomi freddi e ioni intrappolati per la realizzazione del calcolo quantistico. Risorse a cui si aggiungono i due computer di recente acquisizione realizzati dalle aziende IQM e Pasqal ospitati presso il DAMA Tecnopolo di Bologna. Al fine di favorirne l’accesso e lo sviluppo di casi d’uso e applicazioni in collaborazione con le aziende, il Centro Nazionale è inoltre attualmente impegnato nell’integrazione di queste piattaforme con la propria infrastruttura di Supercalcolo e nella verifica dei vantaggi derivanti dall’ibridazione tra architetture classiche e quantistiche per l’accelerazione del calcolo e l’elaborazione di workflow complessi.”

Il traguardo ottenuto da parte del Centro di Tecnologie Quantistiche Superconduttive con il potenziamento di Partenope, oltre a garantire un riferimento per la ricerca interdisciplinare di frontiera su temi di computazione, comunicazione e sensoristica quantistiche, e un polo di attrazione per aziende italiane ed internazionali, rappresenteranno una formidabile opportunità di alta formazione per creare in Italia la futura generazione di esperti in grado di gestire la transizione tecnologica già in corso.