Un quintilione calcola un secondo. Quello è uno con 18 zeri dopo. È la velocità con cui un supercomputer a esascala elaborerà le informazioni. Il Dipartimento dell'Energia (DOE) si sta preparando per il primo computer exascale da distribuire nel 2021. Altri due seguiranno subito dopo. Eppure i computer quantistici potrebbero essere in grado di completare calcoli più complessi anche più velocemente di questi emergenti computer exascale. Ma queste tecnologie si completano a vicenda molto più di quanto competano.

Ci vorrà del tempo prima che i computer quantistici siano pronti per affrontare le principali questioni di ricerca scientifica. Mentre ricercatori e scienziati quantistici in altre aree stanno collaborando per progettare computer quantistici in modo che siano il più efficaci possibile una volta pronti, è ancora molto lontano. Gli scienziati stanno scoprendo come costruire qubit per computer quantistici, il fondamento stesso della tecnologia. Stanno stabilendo gli algoritmi quantistici più fondamentali di cui hanno bisogno per fare semplici calcoli. L'hardware e gli algoritmi devono essere sufficientemente avanzati da consentire ai programmatori di sviluppare sistemi operativi e software per svolgere ricerche scientifiche. Attualmente, siamo allo stesso punto nell'informatica quantistica in cui erano gli scienziati negli anni '50 con i computer che funzionavano su tubi a vuoto. La maggior parte di noi ora porta regolarmente i computer in tasca, ma ci sono voluti decenni per arrivare a questo livello di accessibilità.

In contrasto, i computer exascale saranno pronti l'anno prossimo. Quando si lanciano, saranno già cinque volte più veloci del nostro computer più veloce:vertice, presso la Leadership Computing Facility dell'Oak Ridge National Laboratory, una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE. Al momento, saranno in grado di affrontare le principali sfide nella modellazione dei sistemi terrestri, analizzare i geni, monitoraggio degli ostacoli alla fusione, e altro ancora. Queste potenti macchine consentiranno agli scienziati di includere più variabili nelle loro equazioni e migliorare l'accuratezza dei modelli. Finché possiamo trovare nuovi modi per migliorare i computer convenzionali, lo faremo.

Una volta che i computer quantistici sono pronti per la prima serata, i ricercatori avranno ancora bisogno di computer convenzionali. Ognuno di loro soddisferà esigenze diverse.

Il DOE sta progettando i suoi computer exascale per essere eccezionalmente bravi a eseguire simulazioni scientifiche, nonché programmi di apprendimento automatico e intelligenza artificiale. Questi ci aiuteranno a fare i prossimi grandi progressi nella ricerca. Presso le nostre strutture per gli utenti, che producono quantità sempre maggiori di dati, questi computer saranno in grado di analizzare quei dati in tempo reale.

computer quantistici, d'altra parte, sarà perfetto per modellare le interazioni di elettroni e nuclei che sono i costituenti degli atomi. Poiché queste interazioni sono alla base della chimica e della scienza dei materiali, questi computer potrebbero essere incredibilmente utili. Le applicazioni includono la modellazione di reazioni chimiche fondamentali, comprendere la superconduttività, e progettare materiali dal livello atomico in su. I computer quantistici potrebbero potenzialmente ridurre il tempo necessario per eseguire queste simulazioni da miliardi di anni a pochi minuti. Un'altra possibilità interessante è connettere i computer quantistici con una rete Internet quantistica. Questa Internet quantistica, abbinato al classico internet, potrebbe avere un profondo impatto sulla scienza, sicurezza nazionale, e industria.

Proprio come lo stesso scienziato può usare sia un acceleratore di particelle che un microscopio elettronico a seconda di ciò che devono fare, informatica convenzionale e quantistica avranno ruoli diversi da svolgere. Gli scienziati supportati dal DOE non vedono l'ora di perfezionare gli strumenti che entrambi forniranno per la ricerca in futuro.