La democratizzazione delle tecnologie quantistiche: IBM Quantum e la comunità open-source di Qiskit

19.04.2021 – 09.00 – L’informatica quantistica è sul punto di innescare un cambiamento di paradigma; il software basato su questa tecnologia nascente, radicata nelle leggi fisiche della natura, potrebbe presto rivoluzionare l’informatica per sempre.
Riusciremo ad incorporare gli ultimi cinquant’anni di lezioni apprese dal calcolo classico per accelerare l’integrazione dei sistemi quantistici al fine di democratizzare l’accesso a questa nuova tecnologia il più rapidamente possibile? Quel che è certo, è che questa rivoluzione tecnologica troverà il supporto del potere della comunità open-source e nella capacità di mobilitare gli sviluppatori di tutto il mondo, a questo, si uniscono le tecnologie cloud-native che ci permettono di accedere ai computer quantistici.

Figura 1

Proprio in quest’ottica, IBM ha messo a disposizione un sito (figura 1) dove ognuno ha la possibilità di registrarsi gratuitamente e iniziare la propria esperienza con la computazione quantistica, con accesso diretto a vari chip (figura 2) e tutorial. Il cuore di questo programma prende il nome di Qiskit: un kit di sviluppo software open-source per computer quantistici, che oggi rappresenta la più grande comunità di calcolo quantistico nel mondo, con oltre 15.000 scienziati e sviluppatori che lavorano attivamente nel campo utilizzando la piattaforma IBM e oltre 300.000 persone che utilizzano le risorse di Qiskit per imparare i fondamenti del calcolo quantistico; è stata quindi introdotta la prima certificazione come Quantum Developer.

Figura 2: specifiche di un quantum chip IMB consultabile sulla piattaforma https://quantum-computing.ibm.com/

Qiskit ha inoltre fatto da supporto ai ricercatori, aiutandoli a districarsi in alcune delle questioni più importanti, utilizzando l’informatica quantistica, pubblicando numerosi articoli scientifici. Esiste perciò ora la necessità e la possibilità di sviluppare una forza lavoro quantistica inclusiva per portare opportunità di carriera e formazione a tutti coloro i quali possono essere raggiunti.

Nello specifico, questo software ha una struttura modulare, orientata alle applicazioni ed è scritto in python (il linguaggio di programmazione più diffuso ad oggi). Questo permette di accedere a diverse funzioni: dalle più verticali rispetto alla calibrazione del chip, allo studio degli errori di misura, fino alla implementazione di algoritmi in maniera trasparente e modulare. Tra i principali ambiti di applicazione troviamo quello della finanza, della chimica, del machine learning (figura 3) e dell’ottimizzazione.

Figura 3: rappresentazione del modulo di Quiskit Machine Learning: (https://medium.com/qiskit/introducing-qiskit-machine-learning-5f06b6597526)

Non solo; un ultimo componente rilasciato prende il nome di Qiskit Metal (figura 4): il primo strumento di automazione della progettazione elettronica (EDA) specifico per i computer quantistici destinato a chi ha bisogno di un accesso rapido a un processore quantistico personalizzato per eseguire diversi esperimenti quantistici.
L’obiettivo è quello di aumentare la varietà di circuiti e la capacità dei nostri sistemi di eseguire più circuiti con maggior rapidità, mentre si sviluppa una piattaforma in cui gli sviluppatori quantistici possano lavorare sfruttando i vantaggi di architetture hybrid cloud.

Figura 4: Quiskit Metal l’ultimo modulo della famiglia Quiskit reso disponibile per tutti gli utenti https://qiskit.org/documentation/metal/

In questo ambito, sono numerose le iniziative, tanto su scala mondiale quanto locale, attraverso le quali IBM guida questa comunità, promuovendo e organizzando hackathon, meetup e scuole di formazione. A luglio, ad esempio, più di 4.000 studenti provenienti da tutto il mondo, tra cui diversi afferenti all’università di Trieste, si sono incontrati virtualmente per seguire la Quantum Computing Summer School della durata di due settimane.

Si rende infine indispensabile in questo contesto – nel lavoro sulle tecnologie quantistiche – una stretta collaborazione e sinergia tra competenze universitarie, coinvolgimento del tessuto industriale e lungimiranza politica: esso potrà infatti riposizionare le leadership digitali dei paesi che per primi ne coglieranno la sfida e le conseguenti opportunità.

di Michele Grossi 

[Michele Grossi: è dottore di ricerca in Fisica delle Alte Energie e lavora come Quantum Technical Ambassador per IBM Italia con focus sull’integrazione del paradigma di calcolo quantistico nell’attuale architettura cloud e sullo sviluppo e divulgazione di algoritmi quantistici. È co-autore di diverse pubblicazioni scientifiche, relatore a conferenze e corsi universitari. Nel suo ruolo attuale, Michele collabora con i clienti per supportare l’adozione della tecnologia, che vanno dal machine learning al quantum computing, e con istituti di ricerca, tra cui IBM Research e CERN].