QUARTET

QUARTET (QUantum Architectures for Theory & Technology) è un’iniziativa triennale dell’INFN (2024-2027) che guarda al futuro del quantum computing analogico basato su qubit superconduttori. L’idea di fondo è semplice: invece di scomporre la dinamica di un sistema in lunghe sequenze di gate digitali, si realizza un circuito la cui Hamiltoniana “ricalca” direttamente quella del modello da studiare, riducendo così gli errori tipici degli approcci digitali. 

Il cuore del progetto è un dimostratore con almeno cinque qubit accoppiati in modo modulabile (coupler a flusso modulabile), in grado di offrire connettività all-to-all: ogni qubit potrà essere accoppiato a qualunque altro con un’intensità regolabile in tempo reale. È prevista anche la sperimentazione di versioni tridimensionali in cavità risonanti, utili a estendere i tempi di coerenza e a esplorare stati qudit (d > 2) per aumentare la densità di informazione quantistica.

Con questa architettura QUARTET mira a simulare sistemi a molti corpi di alto interesse per la fisica nucleare e delle particelle: reazioni (p,d), (p,³H) e (p,³He), modelli di cromodinamica quantistica in bassa dimensione e scenari di gravità quantistica a bassa dimensionalità . Oltre alle simulazioni, la stessa rete di qubit e coupler tunabili potrà essere impiegata come piattaforma per quantum sensing a singolo fotone, quantum machine learning e altre applicazioni in cui l’all-to-all facilita l’implementazione di reti neurali quantistiche.

QUARTET aggrega undici Sezioni INFN e due Laboratori Nazionali, in collaborazione con centri di micro-fabbricazione e partner industriali. Il progetto mette a sistema esperienze maturate in programmi precedenti (Qub-IT, DARTWARS) e si inserisce nello scenario più ampio delle iniziative italiane ed europee sulle tecnologie quantistiche.

In sintesi, QUARTET costituisce un banco di prova per sperimentare nuovi dispositivi a qubit superconduttori con accoppiamento completo e variabile, con l’obiettivo di affrontare problemi di simulazione quantistica che eccedono le capacità dei calcolatori classici e di porre le basi per future infrastrutture quantistiche al servizio della comunità INFN e, più in generale, della ricerca fondamentale.