QuEra Computing alza l’asticella della propria roadmap per il quantum computing fault-tolerant e prepara una nuova generazione di sistemi progettati per eseguire oltre un miliardo di operazioni logiche affidabili. L’obiettivo dichiarato è arrivare a un computer quantistico di classe gigaquop tra il 2028 e il 2029, portando la tolleranza agli errori su una scala molto più ampia rispetto alla prima generazione fault-tolerant già annunciata dall’azienda.
Il punto tecnico è rilevante perché il passaggio da sistemi quantistici sperimentali o analogici a macchine fault-tolerant utilizzabili per carichi di lavoro reali dipende dalla capacità di eseguire operazioni logiche affidabili per tempi sufficientemente lunghi. In questo contesto, la metrica dei quop, quantum operations, diventa una misura chiave della capacità di un sistema di sostenere calcoli utili senza essere travolto dagli errori fisici dei qubit.
Il nuovo sistema si collocherà nella classe gigaquop, quindi nell’ordine di un miliardo di operazioni logiche affidabili. Si tratta di un salto di circa mille volte rispetto a Libra, il primo computer quantistico fault-tolerant di QuEra, presentato il 15 giugno e atteso su Amazon Braket nel 2028 nell’ambito della collaborazione strategica ampliata con AWS. Libra è infatti un sistema di classe megaquop, progettato per eseguire nell’ordine di un milione di operazioni logiche affidabili.
La partnership pluriennale tra QuEra e AWS è stata strutturata per coprire più generazioni di sistemi, indicando una traiettoria che non si limita alla disponibilità cloud di Libra, ma punta a costruire una progressione verso architetture fault-tolerant sempre più grandi. In parallelo, QuEra ha aperto una call for solutions rivolta a imprese, centri HPC e programmi governativi, con l’obiettivo di avviare in anticipo la co-progettazione di applicazioni su hardware quantistico fault-tolerant.
Il sistema gigaquop punta a oltre 1.000 qubit logici e 20.000 qubit fisici
Le specifiche previste per il sistema di nuova generazione chiariscono l’ambizione della roadmap. QuEra punta a una macchina con oltre 1.000 qubit logici, un tasso di errore logico di 10⁻⁹ e più di 20.000 qubit fisici in un singolo core di elaborazione. Il primo utilizzo interno presso QuEra è previsto tra il 2028 e il 2029.
Il rapporto tra qubit fisici e qubit logici è uno dei nodi centrali del quantum fault-tolerant. I qubit fisici sono instabili, rumorosi e soggetti a errori; i qubit logici nascono invece dalla codifica di più qubit fisici tramite schemi di correzione quantistica degli errori. Più efficiente è il codice di correzione, minore è il numero di qubit fisici necessario per costruire un qubit logico affidabile.
A questa scala, le prestazioni gigaquop dovrebbero rendere praticabili carichi di lavoro fault-tolerant molto più ampi rispetto a quelli affrontabili con sistemi precedenti. QuEra cita applicazioni candidate nella simulazione, nella progettazione di materiali e composti chimici, nel machine learning e nell’ottimizzazione, tutti ambiti nei quali il calcolo classico può incontrare limiti pratici quando lo spazio delle soluzioni cresce in modo esponenziale.
La nuova macchina si inserisce in una roadmap che parte da Aquila, il computer quantistico analogico a 256 qubit di QuEra disponibile su Amazon Braket dal 2022, e passa da Gemini, un sistema ad atomi neutri con capacità di qubit logici co-locato con il supercomputer ABCI-Q in Giappone. La traiettoria è quindi progressiva: prima sistemi analogici e dispositivi con prime capacità logiche, poi Libra come piattaforma megaquop, infine una generazione gigaquop orientata a workload fault-tolerant più estesi.
Come afferma Andy Ory, CEO di QuEra Computing, “Libra porta la tolleranza agli errori nel cloud nel 2028; la generazione successiva punta a scalarla di ordini di grandezza per sbloccare nuove soluzioni breakthrough a problemi industriali urgenti. Nelle ricerche pubblicate abbiamo dimostrato che gli elementi fondamentali per questa scalabilità esistono già. È così che QuEra consolida la propria leadership nel quantum computing nell’era fault-tolerant”.
Atomi neutri, QEC e co-progettazione: cosa serve per scalare oltre Libra
Scalare da Libra a una macchina di classe gigaquop non significa semplicemente aumentare il numero dei qubit. Secondo QuEra, il passaggio dipende da progressi coordinati in tre aree: riduzione dell’overhead spaziale, riduzione dell’overhead temporale e accelerazione della decodifica nella correzione quantistica degli errori.
L’overhead spaziale riguarda il numero di qubit fisici necessari per ottenere un qubit logico. L’overhead temporale riguarda invece la profondità e la durata delle operazioni necessarie per eseguire circuiti quantistici fault-tolerant. La decodifica QEC, quantum error correction, è infine il processo classico che interpreta i dati di sindrome prodotti dal sistema quantistico e determina quali correzioni applicare per mantenere stabile il calcolo.
QuEra punta sulla propria piattaforma ad atomi neutri per superare un’impostazione rigida, definita implicitamente come one-code-fits-all. La connettività flessibile a lungo raggio, il controllo parallelo degli atomi e la presenza di zone operative eterogenee consentono di esplorare e combinare più famiglie di codici di correzione degli errori per ruoli diversi all’interno dell’architettura: memoria, operazioni logiche e generazione di magic state.
È un elemento tecnico essenziale. In un computer quantistico fault-tolerant, non tutte le funzioni hanno gli stessi requisiti. Alcune parti dell’architettura possono privilegiare densità e stabilità della memoria, altre velocità delle operazioni, altre ancora efficienza nella produzione di risorse speciali come i magic state, necessari per rendere universale il calcolo quantistico fault-tolerant.
Sul fronte dell’overhead spaziale, QuEra e i suoi collaboratori indicano famiglie di codici qLDPC a tasso ultra-elevato, con un tasso di codifica vicino al 50%. In termini pratici, significa arrivare teoricamente a circa due qubit fisici per ogni qubit logico, con tassi di errore di memoria stimati nel regime di 10⁻¹³. Se questi risultati si tradurranno in architetture operative, potrebbero ridurre drasticamente il numero di qubit fisici richiesti per sistemi di classe gigaquop e aprire una traiettoria verso il regime teraquop.
BB-STAR e magic state: ridurre i costi spazio-temporali del calcolo quantistico
La riduzione dell’overhead temporale è altrettanto importante. Un sistema può avere molti qubit logici, ma se ogni operazione richiede circuiti troppo profondi o troppi passaggi di correzione, il tempo complessivo del calcolo può diventare impraticabile. Per questo QuEra sta progettando architetture QEC non solo compatte, ma anche veloci da eseguire.
La direzione è integrare estrazione della sindrome ad alta produttività, operazioni logiche a bassa profondità e generazione efficiente di magic state, con un disegno co-progettato attorno all’hardware ad atomi neutri. Il principio è già visibile alla scala megaquop con BB-STAR, un’architettura sviluppata da QuEra e collaboratori che integra simulazione quantistica su reticolo, codici QEC e hardware ad atomi neutri.
Per simulazioni prototipali come le dinamiche di Ising in campo trasverso e Fermi-Hubbard, BB-STAR riduce i costi spazio-temporali di ordini di grandezza. Si tratta di un caso concreto, alla scala di Libra, in cui la co-progettazione tra algoritmo, codice di correzione e hardware rende più praticabili calcoli altrimenti troppo costosi.
Nei sistemi di classe gigaquop, QuEra intende estendere questo approccio alle operazioni dominanti del calcolo fault-tolerant. L’estrazione della sindrome è l’operazione di correzione degli errori più frequente e deve quindi essere ad alta produttività e a bassa profondità. Nei lavori sui codici qLDPC a tasso ultra-elevato, questo significa non cercare soltanto codici con alto tasso di codifica, ma anche modalità efficienti di misurazione della sindrome tramite controlli hardware paralleli.
Lo stesso vale per la generazione di magic state, spesso una delle operazioni più costose nel calcolo fault-tolerant. QuEra richiama l’esempio dei codici tricycle sviluppati da ricercatori di Harvard, che mostrano la possibilità di generare magic state ad alto tasso tramite circuiti efficienti e a bassa profondità. La lezione architetturale è chiara: la flessibilità del dispositivo conta quanto la qualità del codice, perché permette di riconfigurare il sistema attorno a codici migliori man mano che vengono scoperti.
La decodifica QEC richiede supercomputing classico e accelerazione GPU
La terza area critica è la decodifica della correzione quantistica degli errori. Con la crescita dei sistemi, il processore quantistico genera un flusso sempre più intenso di dati di sindrome. Questi dati devono essere elaborati da sistemi classici in tempi compatibili con l’esecuzione quantistica, altrimenti la latenza della parte classica diventa il collo di bottiglia dell’intera architettura.
Per questo QuEra collabora con NVIDIA, affiancando ai propri processori quantistici la piattaforma NVIDIA per il supercomputing quantum-GPU. L’obiettivo è supportare attività come correzione degli errori in tempo reale su larga scala e calibrazione dei qubit, due funzioni indispensabili quando si passa da sistemi dimostrativi a macchine fault-tolerant operative.
Il tema non è marginale. Il quantum computing fault-tolerant non è un paradigma puramente quantistico, ma un’architettura ibrida quantistico-classica in cui processore quantistico, controllo classico, accelerazione GPU, decodifica e software di compilazione devono lavorare in modo integrato. Senza una componente classica sufficientemente veloce, anche un hardware quantistico avanzato rischia di non riuscire a sostenere circuiti utili.
Recenti lavori di collaboratori di Harvard sui decoder basati su reti neurali indicano inoltre una possibile direzione in cui l’inferenza rapida può supportare l’esecuzione quantistica in tempo reale per codici avanzati. È uno scenario in cui AI, accelerazione GPU e quantum computing non sono domini separati, ma componenti dello stesso stack operativo.
Come dichiara Timothy Costa, Vice President e General Manager for Quantum di NVIDIA, “Costruire qubit logici su larga scala richiede supercomputer che integrino processori quantistici ad alte prestazioni con sistemi di calcolo accelerato all’avanguardia per attività come la correzione quantistica degli errori e la calibrazione dei qubit. La roadmap di QuEra e la collaborazione dimostrano come la leadership nei sistemi quantistici fault-tolerant, nell’IA e nel computing accelerato possa convergere per abilitare applicazioni ibride quantistico-classiche di reale utilità su larga scala”.
Il ruolo dei programmi pubblici nella roadmap fault-tolerant
La roadmap accelerata di QuEra poggia anche su una base di ricerca sostenuta da programmi pubblici statunitensi. L’azienda richiama il contributo della Defense Advanced Research Projects Agency attraverso i programmi ONISQ, MeasQuIT e Small Business Innovation Research, oltre al supporto della Intelligence Advanced Research Projects Activity tramite il programma ELQ.
A questi si aggiungono il Quantum Systems Accelerator del Dipartimento dell’Energia, nell’ambito della National Quantum Initiative, e la National Science Foundation. Il quadro mostra come lo sviluppo di sistemi quantistici fault-tolerant non sia più soltanto una competizione tra vendor tecnologici, ma una partita industriale e strategica che coinvolge ricerca accademica, programmi governativi, infrastrutture HPC e piattaforme cloud.
La ragione è evidente: una macchina fault-tolerant realmente utilizzabile può avere implicazioni rilevanti in settori come simulazione molecolare, chimica computazionale, ottimizzazione complessa, sicurezza, materiali avanzati e capacità sovrane di calcolo. Per questo la roadmap di QuEra si rivolge esplicitamente non solo alle imprese, ma anche ai centri HPC e ai programmi governativi.
FTQC Founders Circle: perché la co-progettazione deve partire prima dell’hardware
Insieme alla roadmap, QuEra ha aperto una call for solutions attraverso l’FTQC Founders Circle, un programma dedicato alle organizzazioni interessate a una collaborazione fault-tolerant pluriennale. L’iniziativa è rivolta a imprese, centri HPC e programmi governativi che vogliono proporre le proprie sfide più critiche come applicazioni candidate per sistemi quantistici fault-tolerant.
I partecipanti selezionati lavoreranno con i team scientifici e applicativi di QuEra per valutare i casi d’uso, co-progettare algoritmi fault-tolerant e definire un percorso verso l’accesso prioritario ai sistemi, laddove ci sia un allineamento tecnico e di business sufficientemente chiaro.
La logica è soprattutto temporale. Mappare un problema complesso su hardware fault-tolerant richiede anni di ottimizzazione tra applicazione, algoritmo, codici QEC, compilazione e implementazione hardware. Aspettare la disponibilità operativa di macchine gigaquop significherebbe arrivare tardi, con casi d’uso ancora immaturi e algoritmi non ottimizzati per l’architettura reale.
Avviare ora la co-progettazione può invece ridurre in modo significativo il numero di qubit fisici richiesti, il runtime e l’overhead di decodifica degli algoritmi fault-tolerant. È lo stesso principio già visto nei sistemi HPC e negli acceleratori AI: il valore non nasce solo dall’hardware, ma dalla capacità di costruire in anticipo software, workflow e casi d’uso coerenti con le caratteristiche della macchina.
Come afferma Yuval Boger, Chief Commercial Officer di QuEra, “Una roadmap è utile solo quando i clienti possono agire sulla base di essa. Con questa call for solutions, invitiamo le organizzazioni a inserire i propri problemi ad alto valore in un processo di co-progettazione per sistemi fault-tolerant. Le organizzazioni che inizieranno ora definiranno la prima ondata di applicazioni quantistiche di reale utilità, invece di aspettare che siano gli altri a farlo”.
Dal Day One del quantum alla competizione sui sistemi utili
QuEra si presenta come un attore specializzato nel quantum computing ad atomi neutri, con radici scientifiche in Harvard e MIT e una presenza globale che include Boston, New Mexico, Tokyo, Zurigo e Regno Unito. L’azienda propone i propri sistemi sia on-premise sia tramite cloud, combinando hardware quantistico, co-progettazione applicativa e ricerca collaborativa.
Il messaggio strategico è netto: il quantum computing sta passando dalla logica del “One Day”, cioè della promessa futura, al “Day One”, cioè alla costruzione operativa dei primi casi d’uso realmente utili. La roadmap gigaquop si colloca esattamente in questa transizione. Non promette una disponibilità immediata di calcolo quantistico universale su larga scala, ma indica una traiettoria tecnica concreta verso macchine fault-tolerant più capaci, supportate da codici QEC avanzati, decodifica accelerata e co-progettazione applicativa.
Il passaggio da megaquop a gigaquop sarà una prova decisiva. Serviranno qubit logici affidabili, overhead sostenibile, integrazione stretta con supercomputing classico e un ecosistema applicativo già pronto. Per questo la call for solutions non è un elemento accessorio dell’annuncio, ma una parte integrante della strategia.
Nel quantum fault-tolerant, la competizione non si giocherà solo su chi costruirà più qubit fisici, ma su chi riuscirà a trasformarli in qubit logici utilizzabili, operazioni affidabili e applicazioni con un vantaggio misurabile rispetto al calcolo classico. La roadmap di QuEra va letta in questa direzione: non come un semplice aumento di scala, ma come il tentativo di costruire l’intero stack necessario per rendere pratico il calcolo quantistico tollerante agli errori.
