Quantum Scale: costruire le basi produttive per una rivoluzione nel computing

Il quantum computing - basato sull’utilizzo di particelle atomiche o similari, i cosiddetti qubit, come unità fondamentali per la memorizzazione delle informazioni - promette livelli superiori di velocità, efficienza e scalabilità.

Ma, per utilizzare al massimo questo potenziale, è necessario costruire solide basi produttive.

È proprio su questo fronte che gli specialisti Akkodis supportano Sparrow Quantum, azienda specializzata nello sviluppo di hardware quantistico.

Una cosa è far funzionare un singolo dispositivo in laboratorio”, afferma Vice Rončević, Digital Manufacturing Engineer e Consultant di Akkodis in Danimarca. “Ben diverso è riuscire a produrne migliaia con lo stesso livello di affidabilità, qualità e prestazioni, su scala industriale.

Scalare la produzione

Sparrow Quantum realizza single-photon source chips, dispositivi miniaturizzati che emettono particelle di luce una alla volta e rendono possibile il quantum computing, fungendo da unità fondamentali di informazione per questa tecnologia.

Per garantire il corretto funzionamento dei chip, la precisione è essenziale.

Ogni chip viene sottoposto a un processo complesso: viene raffreddato a circa -270°C, inserito in un ambiente sottovuoto e colpito con precisione da un laser calibrato secondo un’esatta specifica.

“Non è possibile stabilire che ogni chip funzionerà alla stessa tensione o alla stessa lunghezza d’onda”, spiega Rončević. “È necessario misurare, calibrare e adattare il processo per ciascun chip.”

Questo richiede un ripensamento del modo in cui vengono progettati i sistemi di produzione.

Nella produzione tradizionale, i sistemi digitali svolgono spesso funzioni di supporto, come il monitoraggio della produzione, la gestione della logistica o il controllo della qualità. Nel caso dell’hardware quantistico, invece, i sistemi digitali devono essere sempre più integrati con il prodotto e con l’architettura di produzione.

Un sistema di questo tipo non può esistere senza una componente digitale”, afferma Rončević. “Non è un elemento opzionale, ma una necessità. È parte integrante dell’architettura.

Organizzare i dati

Ogni fase del processo genera dati: dalle misurazioni delle nanostrutture e dagli allineamenti ottici, fino ai dati in real-time relativi all’emissione dei fotoni. Queste informazioni devono essere raccolte, strutturate e rese accessibili a tutti gli attori coinvolti, dai fisici che operano nei laboratori, agli ingegneri impegnati nello sviluppo di sistemi customer-ready.

La sfida, tuttavia, non consiste nella raccolta dei dati, ma nella loro organizzazione. In Sparrow Quantum, più team generano informazioni contemporaneamente: i gruppi di ricerca che conducono gli esperimenti, gli ingegneri che sviluppano e assemblano i sistemi e le business units che gestiscono le collaborazioni esterne.

Integrare questi flussi informativi richiede molto più di una semplice capacità di archiviazione. È necessaria un’architettura progettata con attenzione, sicura, scalabile e adattabile.

Un sistema di questo tipo non può esistere senza una componente digitale”, afferma Rončević. “Non è un elemento opzionale, ma una necessità. È parte integrante dell’architettura.

È fondamentale che qualsiasi struttura sia in grado di supportare la crescita dell’organizzazione, l’ingresso di nuove persone e diversi livelli di accesso alle informazioni, mantenendo al tempo stesso semplicità e praticità operativa.

Garantire la ripetibilità

La produzione moderna si basa sulla ripetibilità, ovvero sulla capacità di ottenere lo stesso risultato in modo costante e nel rispetto di tolleranze rigorose.

Nel quantum computing, questo principio assume un’importanza ancora maggiore, rendendo essenziale la progettazione di sistemi produttivi in cui errori, anomalie e variazioni siano controllati, tracciabili e ridotti al minimo. Per raggiungere questo obiettivo sono necessarie architetture modulari, interfacce ben definite e una documentazione rigorosa.

In pratica, i team di Sparrow Quantum applicano questi principi allo sviluppo del software e delle infrastrutture, attraverso componenti modulari che possono essere testati in modo indipendente, integrati e sostituiti in funzione dell’evoluzione dei sistemi.

Salti quantici

Se nel breve periodo l’obiettivo è fornire sistemi affidabili ai clienti, gli esperti di quantum computing sanno che è altrettanto importante continuare a spingere i confini della ricerca sempre più in là.

In Sparrow Quantum, i ricercatori che sperimentano costantemente nuove configurazioni, materiali e tecniche lavorano a stretto contatto con i team di sviluppo prodotto.

Le infrastrutture di produzione e software devono essere in grado di supportare entrambe le esigenze.

“I team di Sparrow stanno costruendo l’impalcatura di base”, spiega Rončević. “Il mio ruolo consiste nel fornire indicazioni su come questa struttura possa supportare sia sistemi stabili customer-ready, sia la flessibilità necessaria per nuove sperimentazioni.”

È in questo contesto che la modularità diventa essenziale. Progettando i sistemi come blocchi intercambiabili, i team possono continuare a innovare senza interrompere i processi esistenti.

Gli esperimenti possono includere configurazioni ottiche complesse, ambienti criogenici e strumenti di misura specializzati. Tra questi vi è un dispositivo noto come time tagger, in grado di registrare gli eventi dei fotoni con una precisione estremamente elevata, fino al trilionesimo di secondo.

Questi strumenti permettono di capire quanto si è vicini all’obiettivo”, afferma Rončević. “Consentono di valutare se una configurazione è sufficientemente valida o se vale la pena approfondirne ulteriormente lo sviluppo.

Insights di valore

Tuttavia, per estrarre informazioni realmente utili da questi dati è necessaria un’infrastruttura solida. Pipeline dati ad alte prestazioni, un software affidabile e interfacce progettate in modo efficace, svolgono un ruolo essenziale nel consentire ai ricercatori di Sparrow Quantum di valorizzare al meglio i risultati sperimentali. In loro assenza, anche gli esperimenti più avanzati rischiano di rivelarsi inutilizzabili.

La capacità di progettare questi sistemi influisce direttamente sulla velocità con cui le tecnologie quantistiche possono evolvere.

Il quantum computing non è solo una sfida legata alla fisica”, afferma Rončević. È allo stesso tempo una sfida di engineering, di sistemi e di produzione.

In questo senso, il potenziale della tecnologia quantistica dipende non solo dalla prossima scoperta scientifica, ma anche dai sistemi che ne consentono l’applicazione concreta già oggi.