Credits: Thor Swift, Lawrence Berkeley National Laboratory

Intro: computer exascale

Il Dipartimento dell’Energia (DOE) americano si sta preparando al distrubuire nel 2021 il primo computer exascale, ossia un supercomputer che sarà in grado di realizzare un quintilione di calcoli al secondo – un 1 con diciotto zeri. Altri due seguiranno poco dopo. Icomputer quantistici, tuttavia, potrebbero essere in grado di completare calcoli più complessi ed anche più velocemente di questi emergenti computer exascale.

Ci vuole ancora tempo

Ci vorrà un po’ di tempo prima che i computer quantistici siano pronti ad affrontare le principali questioni della ricerca scientifica. I “ricercatori quantistici” e gli scienziati di altri settori stanno collaborando per progettare computer quantistici che siano il più efficaci possibile una volta pronti, ma i tempi sono ancora lunghi.

Gli scienziati stanno cercando di capire come costruire qubit per i computer quantistici, il fondamento stesso della tecnologia. Stanno stabilendo gli algoritmi quantistici fondamentali di cui hanno bisogno per fare semplici calcoli. L’hardware e gli algoritmi devono essere abbastanza lunghi per consentire ai programmatori di sviluppare sistemi operativi e software per fare ricerca scientifica. Attualmente, siamo allo stesso punto nel calcolo quantistico in cui erano gli scienziati negli anni ’50 con computer. La maggior parte di noi oggi porta regolarmente in tasca i computer, ma ci sono voluti decenni per arrivare a questo livello di accessibilità.

Tempi rapidi per i computer exascale

Al contrario, i computer exascale saranno pronti l’anno prossimo. Quando saranno lanciati, saranno già cinque volte più veloci del nostro computer più veloce: il Summit, presso l’Oak Ridge National Laboratory’s Leadership Computing Facility, una struttura per gli utenti del DOE Office of Science.

Subito, saranno in grado di affrontare le principali sfide nella modellazione dei sistemi terrestri, nell’analisi dei geni, nel tracciamento delle barriere alla fusione e molto altro ancora. Queste potenti macchine permetteranno agli scienziati di includere più variabili nelle loro equazioni e migliorare la precisione dei modelli. Finché riusciremo a trovare nuovi modi per migliorare i computer convenzionali, lo faremo.

Una volta che i computer quantistici saranno pronti, i ricercatori avranno ancora bisogno di computer convenzionali. Ognuno di essi soddisferà esigenze diverse.

La DOE sta progettando i suoi computer exascale per essere eccezionalmente bravi a eseguire simulazioni scientifiche e programmi di apprendimento automatico e di intelligenza artificiale. Questi ci aiuteranno a fare i prossimi grandi progressi nella ricerca. Presso le nostre strutture di utenza, che producono quantità sempre maggiori di dati, questi computer saranno in grado di analizzarli in tempo reale.

Il futuro è quantistico

I computer quantistici, invece, saranno perfetti per creare modelli sule interazioni di elettroni e nuclei che sono i costituenti degli atomi. Poiché queste interazioni sono la base della chimica e della scienza dei materiali, questi computer potrebbero essere incredibilmente utili. Le applicazioni includono la modellazione delle reazioni chimiche fondamentali, la comprensione della superconduttività e la progettazione di materiali dal livello dell’atomo in su.

I computer quantistici potrebbero potenzialmente ridurre il tempo necessario per eseguire queste simulazioni da miliardi di anni a pochi minuti. Un’altra possibilità intrigante è quella di collegare i computer quantistici con una rete Internet quantistica. Questo Internet quantistico, insieme all’Internet classico, potrebbe avere un profondo impatto sulla scienza, sulla sicurezza nazionale e sull’industria.

Proprio come lo stesso scienziato può usare sia un acceleratore di particelle che un microscopio elettronico a seconda di ciò che deve fare, l’informatica convenzionale e quella quantistica avranno ruoli diversi da svolgere. Gli scienziati supportati dal DOE non vedono l’ora di perfezionare gli strumenti che entrambi forniranno alla ricerca in futuro.