In collaborazione con la Technical University di Monaco di Baviera (TUM), Altair ha recentemente proposto una novità in ambito quantum computing. Si tratta di un nuovo codice eseguibile su computer e simulatori quantistici. Questo codice è in grado di risolvere alcuni dei problemi legati all’implementazione del metodo di Lattice-Boltzmann tramite appunto il calcolo quantistico.
L'articolo che illustra i risultati di questa ricerca congiunta (“Quantum Algorithm for the Lattice-Boltzmann Method Advection-Diffusion Equation”), è apparso sulla rivista Computer Physics Communications. Alla sua stesura hanno lavorato più autori. Ci sono Christian Janssen, il vicepresidente di Altair per le Soluzioni CFD, Uwe Schramm, l'ex Direttore Tecnologico di Altair, oltre ai ricercatori della TUM David Wawrzyniak, Josef Winter, Steffen Schmidt, Thomas Indinger e Nikolaus A. Adams.
Tutti i calcoli quantistici hanno avuto sede presso il Leibniz Supercomputing Centre, vicino a Monaco, sul sistema Atos QLM.
Gli elementi principali del progetto di ricerca
Per capire meglio la portata di questo risultato, dobbiamo considerare alcuni elementi di contesto.
La fluidodinamica computazionale (Computational Fluid Dynamics, CFD), innanzitutto, serve nella ricerca e nell’industria per risolvere tutti i problemi che coinvolgono l’azione di fluidi.
Il suo principale utilizzo è quello di risolvere le equazioni di Navier-Stokes (NSE), equazioni che descrivono un fluido viscoso lineare. Infatti, la risoluzione per via analitica di queste equazioni è possibile solo in casi semplici. Nelle situazioni reali, molto più complesse, invece, è necessario l’approccio numerico, che generalmente ha un elevato costo computazionale.
Le opportunità del calcolo quantistico nella fluidodinamica
Proprio per quest’ultimo aspetto, la CFD è uno dei candidati ideali per le applicazioni di quantum computing. La fluidodinamica computazionale può infatti concretamente beneficiare della potenziale accelerazione data proprio dagli algoritmi quantistici.
In particolare, il metodo Lattice-Boltzmann (LBM) è di impiego piuttosto comune per risolvere le equazioni di Navier-Stokes. Tale metodo simula il comportamento macroscopico del fluido mediante un semplice modello mesoscopico (cioé intermedio fra il microscopico e il macroscopico). La ricerca di Altair e TUM si è focalizzata dunque su questo metodo LBM per testare il calcolo quantistico.
Il potenziale rivoluzionario del quantum computing per le simulazioni complesse
Lo stesso Christian Janssen ha precisato che Altair ha già portato la CFD alle sue massime potenzialità. Ora l'azienda sta “esplorando il potenziale rivoluzionario del calcolo quantistico per affrontare simulazioni ancora più complesse". L'intenzione è “aprire a nuove possibilità nella progettazione e nell'ingegneria di prodotto”.
L’approccio quantistico, infatti, rappresenta una svolta per la CFD di nuova generazione e la progettazione basata su simulazione. Questo perché introduce enormi vantaggi, in termini di dimensione dei modelli e di scalabilità, rispetto all'approccio classico.
Sempre più, l’approccio quantistico sta peraltro uscendo dal mero ambito della teoria. Sta diventando sempre più uno strumento pratico per affrontare problemi reali attraverso simulazioni esponenzialmente più veloci e potenzialmente più accurate rispetto ai metodi classici.
Per queste ragioni, ci si aspetta che il calcolo quantistico avrà un impatto significativo nello sviluppo di prodotti in numerosi settori. Tra questi ci sono sanità, finanza e scienze naturali/biologiche.
Altri esempi di progetti di ricerca
Questa ricerca è solo l'ultima di una serie di sviluppi catalizzati dall'investimento di Altair nel campo del quantum computing.
In particolare, Altair ha investito in Riverlane, azienda specializzata nel rendere il calcolo quantistico meno incline agli errori (QEC, Quantum Error Correction).
Riverlane è nata nel 2016 e ha sede in UK. L'azienda è nota per Deltaflow, un'innovativa pila QEC che permette ai computer quantistici di eseguire operazioni quantistiche affidabili su larga scala.
