Il prossimo futuro del quantum computing sarà, con tutta probabilità, ibrido. L'idea a cui sono giunti un po' tutti i principali operatori dell'elaborazione quantistica è, infatti, che ogni problema di calcolo sarà sempre delegato all'ambiente di elaborazione più indicato: le CPU tradizionali, i sistemi basati massicciamente su GPU, i nuovi elaboratori quantistici. In una collaborazione tra le varie piattaforme. Però non si possono aspettare debutti commerciali in massa di quantum computer veri e propri per sviluppare gli algoritmi che li dovranno usare, quindi è da tempo che si lavora per simulare il comportamento dei quantum computer usando piattaforme tradizionali.

Per farlo servono sistemi di High Performance Computing decisamente ben carrozzati, e in questo ambito il supercomputer Leonardo del Cineca di Bologna ha fatto segnare un importante primato: l’esecuzione di una delle più grandi simulazioni statevector di un algoritmo di ottimizzazione quantistica mai realizzate, che ha replicato il comportamento di un sistema quantistico da 43 qubit usando ben 2.048 GPU Nvidia A100.

Una quantum statevector simulation è una tecnica software che replica il comportamento di un sistema quantistico su un computer classico. In pratica, invece di usare un vero quantum computer, si rappresenta lo stato di tutti i suoi ipotetici qubit come un vettore di numeri complessi (lo statevector, appunto) che contiene tutte le possibili configurazioni del sistema e le loro probabilità. Le operazioni quantistiche (le “porte”) vengono simulate applicando trasformazioni matematiche a questo vettore. Si tratta di una simulazione molto utile perché non introduce errori o il "rumore" hardware tipico dei quantum computer, permettendo di progettare e testare algoritmi quantistici in modo molto efficace.

L’emulazione di carichi di lavoro quantistici su sistemi HPC rappresenta infatti, sottolinea il Cineca, un passaggio fondamentale verso la convergenza tra processori quantistici e piattaforme di supercalcolo accelerato. "Il supporto a questa simulazione su larga scala mostra come gli investimenti europei e nazionali in infrastrutture di supercalcolo di livello mondiale rendano possibile lo sviluppo e la validazione di algoritmi ibridi quantistico-classici, contribuendo in modo concreto alle basi architetturali della prossima generazione di sistemi di calcolo ad alte prestazioni", ha evidenziato Francesco Ubertini, Presidente del CINECA.

La futura - ma in parte già attuale - convergenza e coesistenza tra HPC e quantum computing è il motivo per cui i proncipali centri di supercalcolo di tutto il mondo stanno già lavorando allo sviluppo di infrastrutture ibride quantistico-classiche. L'obiettivo è arrivare a definire le architetture e i modelli di integrazione che saranno alla base delle future piattaforme HPC capaci di combinare GPU e tecnologie quantistiche, portando progressivamente queste sperimentazioni da un ambito di ricerca a un contesto operativo.