Il quantum computing sta evolvendo da tecnologia di frontiera a risorsa pronta per la produzione, avvicinandosi sempre più alla “praticità quantistica”. Nonostante le sfide tecniche, l’ingresso del quantum computing nei datacenter tradizionali è in corso, come dimostra CRS4, che sta potenziando le proprie infrastrutture per supportare il calcolo quantistico e altre tecnologie avanzate a supporto della ricerca scientifica e tecnologica.
Sicuramente una delle tecnologie sulle quali maggiormente si concentra l’attenzione di ricercatori e analisti è il quantum computing, che, se pur considerato ancora tecnologia di frontiera, sta gradualmente passando dalla sperimentazione a risorsa pronta per la produzione.
E se è vero che l’adozione su larga scala nei data center tradizionali è ancora lontana, è altrettanto vero che la strada comincia a farsi più definita.
Soprattutto, grazie all’impegno di realtà come IBM o Google su questo tema, ci stiamo sempre più avvicinando a quella che viene definita la “praticità quantistica”, vale a dire al punto in cui i computer quantistici diventano utilizzabili su larga scala.
Nonostante i progressi tecnologici, finora c’è stata poca convergenza tra i computer quantistici e l’industria dei datacenter: la maggior parte dei dispositivi quantistici si trova in strutture appositamente costruite e non nei data center tradizionali. Parliamo di strutture, come il laboratorio quantistico di Google a Santa Barbara, progettate esclusivamente per ospitare computer quantistici.
Ma non vi sono motivi validi per dubitare che in un futuro non così lontano anche i data center tradizionali – che attualmente ospitano server convenzionali – possano diventare sede di dispositivi quantistici. I computer quantistici, infatti, hanno esigenze simili in termini di spazio, energia e raffreddamento rispetto ai computer convenzionali, anche se richiedono qualche accortezza in più, come vedremo.
Nuova puntata della rubrica #CRS4Talk, tutta dedicata alla salute digitale. Trovate qui le puntate precedenti:
– Quantum Computing cos’è, a cosa serve e perché tutti lo cercano
– Interfaccia uomo-macchina cos’è e a cosa serve davvero. Il caso “Sinnos”
– Digital Twin cos’è, a cosa serve e perché tutti cercano il gemello digitale
– Il sequenziamento del genoma: dalla medicina di precisione alla prevenzione delle pandemie
– RIALE-EU: un ponte virtuale tra aule e laboratori per l’educazione scientifica del futuro
– Integrazione e qualità dei dati al centro dello sviluppo della salute digitale
[Scopri tutti i segreti del nuovo data center di CRS4 al servizio del Quantum Computing nella nuova attesa puntata della super rubrica multimediale #CRS4Talk]
Il Quantum Computing entra nei data center tradizionali
Le sfide non sono poche sia per l’industria del calcolo quantistico sia per quella dei datacenter.
Da un lato, c’è un tema di crescita della domanda di computer quantistici per compiti reali e non solo per scopi sperimentali o di prova.
D’altro canto, come accennato, i datacenter devono rispondere ad alcuni requisiti specifici per diventare ambienti ideali per i computer quantistici. In particolare, i computer quantistici necessitano di ambienti controllati, con temperature vicine allo zero assoluto e minime interferenze elettromagnetiche, che al momento la maggior parte dei data center non fornisce.
Tuttavia, soddisfare questi requisiti non richiederà la ricostruzione completa delle strutture esistenti, ma piuttosto adattamenti specifici.
Per altro, il passaggio al calcolo quantistico introduce anche nuove sfide in termini di sicurezza, in particolare per gli standard crittografici, che richiederanno l’implementazione di misure di sicurezza robuste, come la crittografia post-quantistica, per garantire la riservatezza e l’integrità delle comunicazioni digitali.
Ma proprio considerando la rapida evoluzione delle tecnologie e del mercato, è arrivato il momento di prepararsi per ospitare computer quantistici nelle proprie infrastrutture.
Il centro di calcolo del CRS4 a supporto dell’innovazione
Come sta facendo CRS4, il centro di ricerca interdisciplinare costituito dalla Regione Autonoma della Sardegna nel 1990, con l’agenzia regionale Sardegna Ricerche come socio unico, che promuove lo studio, lo sviluppo e l’applicazione di soluzioni innovative sui temi HPC, informatica visuale, quantum computing e intelligenza artificiale per la transizione energetica, la medicina predittiva, l’aerospazio, i beni culturali, l’agricoltura di precisione, le smart land e la cybersecurity
CRS4 dispone di un proprio datacenter che, come racconta Antonio Concas, Tecnologo e System Administrator, fornisce la potenza di calcolo necessaria per l’elaborazione dei dati prodotti dalla ricerca scientifica e ne garantisce la conservazione, l’integrità e la sicurezza grazie all’utilizzo di server storage protetti ed affidabili.
Non solo.
Come spiega Concas, per una realtà che si occupa di ricerca è fondamentale poter collaborare e condividere i dati prodotti dalla nostra ricerca con altri enti e con altri ricercatori in maniera veloce e sicura.
“Lo stato dell’arte di cui disponiamo – spiega Concas – ci consente di implementare innovazioni basate su cloud computing, machine learning, intelligenza artificiale… gestendo tutte le operazioni del CRS4, anche quelle più critiche grazie ai sistemi di backup e di ridondanza che assicurano continuità operativa anche in caso di guasti o di emergenze”.
CRS4 e il Quantum Computing
Ma c’è di più.
CRS4 ha ricevuto, grazie a una gara europea, un finanziamento che ha consentito di rafforzare l’infrastruttura del datacenter.
“Con un investimento di 4,5 milioni di euro abbiamo acquisito nuovi sistemi di storage per l’archiviazione e l’elaborazione dei dati e un nuovo cluster di calcolo composto sia da CPU sia da GPU, quindi da processori grafici. Questo porta a una potenza di calcolo teorica stimata di quasi 6000 teraflops, in grado di supportare tutte le elaborazioni di cui abbiamo necessità”.
Ed è qui che entra in gioco anche il quantum computing.
«Disporre di questa nuova architettura informatica – spiega Concas – ci permetterà di cambiare passo, di fare passi in avanti anche e soprattutto in ambito quantum computing. La simulazione quantistica, quindi la simulazione su Qubit, si basa sull’utilizzo delle GPU che abbiamo acquisito di recente e che stiamo continuando ad acquisire. Grazie all’utilizzo di codici di programmazione sviluppati ad hoc dai produttori delle GPU, i nostri ricercatori che lavorano sul quantum sono in grado di sviluppare algoritmi di calcolo basati sui Qubit sia in ambiente privo di rumore, sia in ambiente simulato reale, naturalmente utilizzando le tecnologie specifiche sviluppate per il quantum computing».
Come abbiamo già accennato, la distinzione tra ambiente privo di ‘rumore’ – e in questo caso parliamo di rumore quantico, ‘quantum noise’, vale a dire le interferenze e i disturbi che possono alterare i risultati di un sistema quantistico – e ambiente reale è importante.
Così spiega Concas: «I computer quantistici vengono sviluppati attraverso diverse tecnologie, dai semiconduttori ai laser. Naturalmente, tutte queste soluzioni introducono rumori differenti, che possono comunque essere simulati grazie alle GPU di cui disponiamo. Grazie a un datacenter così strutturato, abbiamo la possibilità di fare ricerche in molteplici ambiti, stando comunque al passo con la tecnologia».
Concas sottolinea come il fiore all’occhiello del datacenter del CRS4 è sempre stata l’eterogeneità dell’hardware.
«Potenza di calcolo ed eterogeneità dell’hardware ci consentono di testare moltissimi modelli matematici differenti. E il nuovo centro di calcolo, così arricchito, ci permetterà in futuro di stare al passo con le nuove richieste tecnologiche, machine learning in primis, ma soprattutto ci permetterà di disporre dei risultati delle diverse simulazioni, a partire da quelle sui fenomeni fisici, in tempi sempre più brevi».
Concas fa un esempio concreto di cosa questa velocità voglia effettivamente dire.
«Pensiamo ad esempio alla simulazione del battito cardiaco, ossia di tutta la muscolatura cardiaca in particolare per quanto riguarda la fluidodinamica legata al battito: siamo passati da una settimana di calcolo per simulare un secondo di battito nei primi anni 2000 a pochi minuti nel 2008, quando acquisimmo il precedente cluster di calcolo che tra l’altro ci valse un posto nella top 500 dei data center mondiali. Con l’ultima acquisizione possiamo parlare di simulazioni in tempo reale».
