I computer quantistici visti fino a oggi non funzionano a temperatura ambiente: hanno bisogno di un raffreddamento estremo che ne aumenta le dimensioni, li rende complessi da gestire e ingombranti. Rotonium, startup italiana specializzata nello sviluppo di tecnologie quantistiche fotoniche, ha invece appena realizzato un prototipo dotato di quattro qubit effettivi che funziona senza sistemi criogenici e sta comodamente in uno chassis da computer desktop.
La caratteristica più importante della macchina, infatti, non è il numero di qubit, ancora limitato rispetto alle ambizioni del settore, quanto la possibilità di far funzionare l'intera catena di elaborazione quantistica senza criogenia: dalla generazione dei singoli fotoni al processore, fino ai dispositivi che rilevano i risultati delle operazioni. In questo modo, l’adozione del calcolo quantistico sarebbe molto semplice e potrebbe uscire dai datacenter o dagli ambienti controllati per arrivare ovunque servano.
La luce al posto dei circuiti superconduttori
La tecnologia di Rotonium sfrutta i fotoni, le particelle della luce, per rappresentare ed elaborare l'informazione quantistica. In particolare, fa affidamento su differenti proprietà fisiche di ciascun fotone, chiamate gradi di libertà, tra cui il momento angolare orbitale per codificare più qubit logici ed effettuare operazioni quantistiche. Il processore presentato dalla società dispone di quattro qubit effettivi, espressione con cui Rotonium indica i qubit utilizzabili contemporaneamente in un calcolo verificato, nelle condizioni sperimentali dichiarate.
Sono sicuramente ancora pochissimi, ma il numero nominale di qubit non è l’unico riferimento da valutare per comprendere il potenziale di una macchina. Contano anche la qualità delle operazioni, la gestione degli errori e la possibilità di usare in produzione le risorse disponibili. L'architettura sviluppata dalla startup combina circuiti fotonici con metodologie proprietarie per la gestione degli errori che sono attualmente in fase di protezione brevettuale tramite 25 domande, di cui quattro già accolte. Un altro elemento rilevante è la compatibilità prevista con i processi produttivi della fotonica su silicio, che potrebbe favorire in futuro la realizzazione di componenti attraverso tecnologie industriali già consolidate. «Sfruttiamo diverse proprietà fisiche del singolo fotone, chiamate gradi di libertà, per codificare ed elaborare l'informazione quantistica», spiega Fabrizio Tamburini, cofondatore e Chief Quantum Officer di Rotonium. «L'intero sistema funziona a temperatura ambiente, senza criogenia: dalla sorgente che genera i fotoni al processore, fino ai rivelatori che leggono i risultati».
L'obiettivo è portare il quantum computing direttamente nei dispositivi
La strategia industriale di Rotonium si concentra su quello che viene definito edge quantum computing, cioè la possibilità di usare acceleratori quantistici direttamente nei sistemi che producono o elaborano i dati, senza dipendere necessariamente da grandi infrastrutture centralizzate.
L'azienda individua diversi possibili ambiti applicativi, dai robot industriali ai veicoli autonomi, fino ai satelliti e ai sistemi di analisi delle immagini. Uno degli obiettivi è utilizzare l'elaborazione quantistica per ottimizzare la pianificazione dei percorsi e dei movimenti, contribuendo a ridurre i consumi energetici dei dispositivi. Un altro riguarda l'elaborazione avanzata delle immagini, con particolare attenzione al riconoscimento di oggetti e dettagli in condizioni di illuminazione molto scarsa. Rotonium considera inoltre la possibilità di impiegare i propri processori nell'elaborazione delle informazioni provenienti da sensori quantistici, aprendo la strada a sistemi nei quali rilevamento, calcolo e comunicazioni quantistiche possano essere integrati.
La prospettiva è particolarmente interessante per le applicazioni spaziali, dove dimensioni, peso e consumi energetici rappresentano vincoli progettuali fondamentali. Un acceleratore quantistico compatto e privo di sistemi criogenici potrebbe essere più facilmente integrato nelle piattaforme elettroniche di bordo.
Dai quattro qubit alla scheda PCI Express: la roadmap fino al 2030
Rotonium ha definito un percorso di sviluppo che punta ad aumentare progressivamente la capacità di calcolo, riducendo contemporaneamente le dimensioni delle macchine. La prima tappa è prevista per il 2028, quando la società intende realizzare un sistema da 16 qubit effettivi in formato desktop tower. L'anno successivo dovrebbe arrivare un acceleratore con oltre 32 qubit effettivi su scheda PCI Express, destinato a essere installato all'interno di computer e server in modo analogo alle schede di accelerazione tradizionali.
Il formato PCIe rappresenta uno dei passaggi più importanti della strategia, perché consentirebbe di affiancare un processore quantistico alle CPU e alle GPU già utilizzate nei sistemi informatici.
Per il 2030, la roadmap prevede il raggiungimento di 96 qubit effettivi e lo sviluppo di un System-on-Module, un componente elettronico compatto progettato per essere integrato direttamente nei dispositivi. L'obiettivo di lungo periodo è arrivare a migliaia di qubit effettivi entro il 2035.
La sfida industriale: rendere il quantum computing economicamente utilizzabile
La strategia di Rotonium si basa su un concetto che l'azienda definisce Industrial Quantum Utility: valutare una tecnologia quantistica non soltanto attraverso il numero di qubit o le prestazioni teoriche, ma considerando anche dimensioni, peso, consumi, costi, affidabilità e possibilità di integrazione nei sistemi esistenti. "Il calcolo quantistico non deve rimanere una tecnologia riservata a pochi grandi centri di ricerca o alle imprese che possono permettersi infrastrutture milionarie", afferma Roberto Siagri, cofondatore e amministratore delegato di Rotonium. "Vogliamo contribuire a democratizzarne l'accesso, trasformandolo progressivamente in uno strumento utilizzabile anche nei contesti industriali e nei sistemi elettronici".
Fondata nel 2022 da Siagri e Tamburini, Rotonium ha avviato un round di finanziamento di Serie A destinato a sostenere lo sviluppo tecnologico, la miniaturizzazione dei processori e il passaggio verso l'industrializzazione. Per l'azienda, il percorso verso il mercato passa quindi attraverso due sfide parallele: aumentare le capacità di elaborazione quantistica e dimostrare che queste possano essere offerte attraverso dispositivi sufficientemente compatti, affidabili ed economici.
Il prototipo presentato a Padova costituisce un primo risultato in questa direzione. La verifica decisiva arriverà con le successive generazioni di processori, quando sarà possibile misurare su applicazioni reali il rapporto tra prestazioni, consumi e costi rispetto alle tecnologie di calcolo già disponibili.