Il calcolo quantistico entra nella fase industriale: investimenti, fabbriche e nuove opportunità per la manifattura additiva
Per molti anni il calcolo quantistico è stato associato soprattutto ai laboratori universitari, ai centri di ricerca pubblici e a dimostrazioni sperimentali difficili da tradurre in applicazioni industriali. Nel 2026 il quadro appare diverso: il settore non dispone ancora di computer quantistici universali, economici e pienamente tolleranti agli errori, ma sta costruendo gli elementi produttivi necessari per arrivarci.
IBM, Google, Microsoft, Quantinuum, IonQ, D-Wave Quantum, Rigetti Computing, Atom Computing, Infleqtion, Diraq e PsiQuantum stanno sviluppando architetture basate su principi fisici differenti. Cisco lavora sulle infrastrutture di rete necessarie per collegare dispositivi quantistici eterogenei. GlobalFoundries e la nuova società Anderon puntano invece sulla produzione industriale di wafer e componenti.
Questa trasformazione riguarda anche la manifattura avanzata. I sistemi quantistici richiedono camere da vuoto, apparati criogenici, circuiti a microonde, strutture fotoniche, schermature magnetiche, supporti ottici e componenti con geometrie difficili da ottenere tramite lavorazioni convenzionali. La produzione additiva può contribuire alla realizzazione di una parte di questa infrastruttura e, in prospettiva, beneficiare degli strumenti quantistici per progettare nuovi materiali stampabili.
Dalla fisica sperimentale alla costruzione di una filiera
La ricerca accademica continua a svolgere un ruolo centrale. Massachusetts Institute of Technology, California Institute of Technology, Delft University of Technology, University of Oxford e University of Cambridge hanno contribuito allo sviluppo della teoria quantistica, dei dispositivi sperimentali e dei metodi di controllo. Negli Stati Uniti, anche Oak Ridge National Laboratory, Los Alamos National Laboratory, Argonne National Laboratory e altri laboratori del Department of Energy partecipano a programmi dedicati alla simulazione quantistica, ai materiali e alle infrastrutture di calcolo.
La differenza rispetto alle fasi precedenti consiste nella crescita di una filiera industriale specializzata. Il computer quantistico non è un singolo processore racchiuso in una macchina, ma un sistema composto da numerosi livelli tecnologici. Oltre ai qubit servono elettronica di controllo, laser, generatori di microonde, rivelatori, criostati, sistemi ottici, software di compilazione, algoritmi di correzione degli errori, connessioni a computer classici e apparati per la caratterizzazione dei materiali.
Ogni architettura impone requisiti differenti. IBM, Google e Rigetti Computing utilizzano circuiti superconduttori che devono operare a temperature prossime allo zero assoluto. Quantinuum e IonQ lavorano con ioni intrappolati e controllati mediante campi elettromagnetici e laser. Atom Computing e Infleqtion sviluppano sistemi basati su atomi neutri. Diraq utilizza qubit di spin in silicio. PsiQuantum punta sui fotoni e sui processi produttivi della fotonica integrata. D-Wave Quantum commercializza sistemi di quantum annealing e sviluppa anche tecnologie riconducibili al modello quantistico a porte.
Non esiste ancora un’architettura che abbia dimostrato di poter prevalere in ogni applicazione. La competizione riguarda la qualità dei qubit, la loro connettività, la durata della coerenza, la velocità delle operazioni, il numero di qubit fisici necessario per costruire un qubit logico e la possibilità di produrre migliaia di dispositivi con caratteristiche uniformi.
Perché il numero dei qubit non basta
Il numero di qubit dichiarato da un produttore non permette, da solo, di valutare l’utilità di un computer quantistico. I qubit fisici sono sensibili a vibrazioni, radiazioni, variazioni termiche, interferenze elettromagnetiche, difetti dei materiali e imperfezioni del sistema di controllo. Questi fattori introducono errori che possono compromettere il risultato di un calcolo.
Per eseguire algoritmi lunghi occorre creare qubit logici, ottenuti combinando numerosi qubit fisici attraverso codici di correzione degli errori. Il sistema deve individuare gli errori senza misurare direttamente l’informazione quantistica che si vuole proteggere. Deve inoltre effettuare la decodifica e applicare le correzioni con una latenza compatibile con il funzionamento del processore.
Google ha dimostrato su processori superconduttori che l’aumento della dimensione di alcuni codici può ridurre il tasso di errore logico quando l’hardware opera al di sotto di una determinata soglia. IBM sta sviluppando un approccio modulare basato su codici qLDPC, processori collegati tra loro ed elettronica per la decodifica in tempo reale. Atom Computing e altri gruppi che lavorano con atomi neutri studiano architetture nelle quali gli atomi possono essere spostati e riconfigurati.
Questi risultati indicano una direzione tecnica, ma non equivalgono alla disponibilità di una macchina commerciale tollerante agli errori. Per raggiungere tale obiettivo sarà necessario integrare processori, memoria quantistica, decodifica, controllo classico e infrastrutture termiche in un sistema stabile e riproducibile.
IBM investe sulla produzione e crea Anderon
Nel maggio 2026 IBM e il Department of Commerce degli Stati Uniti hanno sottoscritto una lettera d’intenti per sostenere Anderon, una società separata dedicata alla produzione di wafer quantistici. Il progetto prevede incentivi pubblici proposti per un miliardo di dollari e un investimento in contanti dello stesso importo da parte di IBM, oltre al trasferimento di proprietà intellettuale, attrezzature e competenze.
Anderon dovrebbe operare ad Albany, nello Stato di New York, utilizzando processi su wafer da 300 millimetri. Nella prima fase la produzione sarà orientata ai circuiti superconduttori, alle interconnessioni e all’elettronica collegata ai qubit. L’obiettivo dichiarato è offrire servizi produttivi anche ad altre aziende, seguendo un modello più vicino a quello delle fonderie di semiconduttori.
La creazione di Anderon segnala che uno dei principali problemi del settore non è più soltanto dimostrare il funzionamento di un qubit. Occorre produrre wafer con rese elevate, controllare la variabilità tra dispositivi, misurare i difetti durante il processo e garantire che le prestazioni ottenute su un prototipo possano essere replicate su volumi più ampi.
IBM ha inoltre annunciato un piano superiore a dieci miliardi di dollari in cinque anni per ricerca, produzione, acquisizioni e sviluppo dell’ecosistema quantistico. La roadmap dell’azienda indica il 2029 come obiettivo per IBM Quantum Starling, un sistema tollerante agli errori progettato per operare con 200 qubit logici ed eseguire cento milioni di porte quantistiche. IBM Quantum Blue Jay, previsto nella fase successiva, punta a un miliardo di operazioni su un massimo di duemila qubit logici.
Si tratta di obiettivi aziendali, non di prestazioni già disponibili. La loro realizzazione dipenderà dalla qualità dei processori, dalla correzione degli errori, dalla capacità di collegare moduli differenti e dalla produzione di componenti con specifiche uniformi.
GlobalFoundries e una fonderia per più architetture
GlobalFoundries è coinvolta nello sviluppo di capacità produttive per dispositivi quantistici basati su tecnologie differenti. Il piano statunitense annunciato nel maggio 2026 prevede per GlobalFoundries incentivi proposti pari a 375 milioni di dollari, destinati a una fonderia in grado di supportare circuiti superconduttori, dispositivi fotonici, qubit di spin in silicio e altre piattaforme.
Il modello di GlobalFoundries è importante perché il settore quantistico non ha ancora raggiunto una standardizzazione paragonabile a quella dell’elettronica digitale. Materiali, geometrie, temperature operative e metodi di controllo variano da una piattaforma all’altra. Una fonderia multiarchitettura potrebbe permettere alle aziende più piccole di utilizzare processi industriali senza costruire impianti proprietari.
GlobalFoundries collabora anche con PsiQuantum per la produzione di chipset fotonici. Il sistema Omega di PsiQuantum viene fabbricato attraverso processi derivati dalla fotonica su silicio, con l’obiettivo di sfruttare apparecchiature, tecniche di controllo e infrastrutture sviluppate dall’industria dei semiconduttori.
Gli investimenti statunitensi distribuiti tra nove aziende
Il programma del Department of Commerce presentato nel maggio 2026 comprende oltre due miliardi di dollari di incentivi proposti per nove aziende. Oltre a IBM e GlobalFoundries, il portafoglio comprende Atom Computing, Diraq, D-Wave Quantum, Infleqtion, PsiQuantum, Quantinuum e Rigetti Computing.
La selezione copre più tecnologie perché non è ancora possibile stabilire quale piattaforma offrirà il rapporto migliore tra affidabilità, scalabilità e costi. Atom Computing e Infleqtion lavorano con atomi neutri; Diraq sviluppa qubit di spin compatibili con processi derivati dal silicio; D-Wave Quantum utilizza circuiti superconduttori; Quantinuum impiega ioni intrappolati; Rigetti Computing produce processori superconduttori; PsiQuantum utilizza fotoni.
I finanziamenti non sono destinati soltanto all’aumento del numero di qubit. Le attività comprendono packaging, criogenia, controllo laser, elettronica, correzione degli errori, fabbricazione dei wafer, interconnessioni e integrazione di sistema. Questi settori sono rilevanti per i produttori di macchine utensili, apparecchiature ottiche, sistemi di metrologia, componenti per il vuoto e soluzioni di produzione additiva.
Cisco affronta il problema dell’interoperabilità
Nell’aprile 2026 Cisco ha presentato Universal Quantum Switch, un prototipo di ricerca progettato per instradare informazione quantistica tra dispositivi che utilizzano codifiche differenti. Il sistema opera a temperatura ambiente e utilizza fibre ottiche già diffuse nelle reti di telecomunicazione.
Secondo i test comunicati da Cisco, il prototipo ha conservato gli stati quantistici durante la conversione con una degradazione media non superiore al 4 per cento della fedeltà. Cisco dichiara inoltre una commutazione elettro-ottica nell’ordine del nanosecondo e un consumo inferiore a un watt. I risultati completi devono essere sottoposti alla valutazione della comunità scientifica, ma il progetto permette di comprendere quale problema Cisco intende risolvere.
Un processore superconduttore non comunica nello stesso modo di un computer fotonico, di un sistema a ioni intrappolati o di un dispositivo basato su atomi neutri. Senza interfacce e protocolli comuni, ogni produttore rischia di costruire un ambiente chiuso. Cisco propone un’infrastruttura capace di convertire e instradare l’informazione tra piattaforme diverse.
L’obiettivo non consiste nel sostituire Internet con una rete interamente quantistica. Le reti classiche continueranno a trasportare istruzioni, risultati, sincronizzazione e dati amministrativi. Il collegamento quantistico dovrebbe invece distribuire entanglement, trasferire stati quantistici e consentire a più processori di collaborare su specifiche operazioni.
Il computer quantistico sarà un sistema ibrido
I computer quantistici non sono progettati per sostituire server, workstation o supercomputer in ogni attività. I sistemi classici rimangono più efficienti per l’elaborazione ordinaria, la gestione dei database, la grafica, la simulazione numerica convenzionale e la maggior parte dei problemi industriali.
IBM descrive il proprio modello come quantum-centric supercomputing: processori quantistici, acceleratori grafici, CPU e sistemi HPC collaborano all’interno dello stesso flusso di lavoro. Il computer classico prepara i dati, ottimizza i circuiti, controlla l’hardware, esegue la correzione degli errori e analizza i risultati. Il processore quantistico interviene solo nelle parti del problema per le quali può offrire un vantaggio misurabile.
Questo modello è pertinente per la progettazione dei materiali. Una simulazione industriale potrebbe combinare calcolo quantistico per una porzione elettronica o molecolare, metodi classici per la termodinamica, intelligenza artificiale per l’esplorazione dello spazio progettuale e simulazioni agli elementi finiti per verificare il comportamento del componente.
Il legame diretto con la manifattura additiva
La prima connessione tra calcolo quantistico e stampa 3D riguarda la produzione dell’hardware. Molti apparati quantistici richiedono geometrie interne complesse, riduzione del numero di giunzioni, controllo dei flussi termici e integrazione di funzioni meccaniche, ottiche ed elettromagnetiche.
La manifattura additiva consente di realizzare canali interni, strutture reticolari, pareti sottili, supporti monolitici e componenti alleggeriti. Permette inoltre di modificare un progetto senza costruire nuovi utensili, caratteristica utile nei laboratori in cui le configurazioni cambiano durante le prove.
L’impiego della stampa 3D non è però automatico. Rugosità superficiale, porosità, tensioni residue, contaminazione delle polveri, proprietà magnetiche e stabilità dimensionale possono interferire con apparati estremamente sensibili. Un componente destinato a un ambiente quantistico deve essere qualificato attraverso misure elettriche, termiche, meccaniche e di compatibilità con il vuoto.
Componenti criogenici e camere da vuoto
I processori superconduttori sviluppati da IBM, Google e Rigetti Computing devono essere raffreddati fino a temperature dell’ordine dei millikelvin. Il criostato contiene piastre termiche, schermature, cablaggi, attenuatori, filtri e guide a microonde. Ogni cavo che collega l’elettronica a temperatura ambiente con il processore introduce calore e occupa spazio.
La produzione additiva metallica può contribuire alla realizzazione di scambiatori di calore, supporti, collettori, condotti e componenti per il vuoto con percorsi interni ottimizzati. Consolidare più parti in un singolo componente può ridurre saldature, flange e interfacce meccaniche. Questo vantaggio deve essere confrontato con i requisiti di degassamento, pulizia, conducibilità e stabilità alle basse temperature.
La stampa 3D è stata sperimentata anche per flange da ultra-alto vuoto e schermature magnetiche destinate a sensori quantistici ad atomi freddi. I risultati della ricerca mostrano che la tecnica può ridurre massa e numero di componenti, ma richiede materiali e trattamenti superficiali adeguati.
Ottica, fotonica e sistemi di allineamento
I sistemi sviluppati da PsiQuantum, Quantinuum, IonQ, Atom Computing e Infleqtion utilizzano componenti ottici in quantità differenti. Servono supporti per lenti e specchi, alloggiamenti per fibre, apparati di allineamento, percorsi per i fasci laser e strutture meccaniche capaci di mantenere la posizione durante le variazioni termiche.
La produzione additiva di precisione può essere utilizzata per creare supporti ottici compatti, sistemi monolitici e parti personalizzate. Tecniche come la polimerizzazione a due fotoni, disponibili anche su piattaforme industriali prodotte da Nanoscribe, permettono di fabbricare microstrutture tridimensionali con risoluzioni superiori a quelle delle stampanti polimeriche convenzionali.
Per i computer fotonici, tuttavia, il nucleo del processore viene prodotto soprattutto tramite litografia e processi da semiconduttore. Nel caso di PsiQuantum, il chipset Omega è realizzato da GlobalFoundries. La manifattura additiva può intervenire nel packaging, nei supporti, nelle connessioni e nelle apparecchiature di assemblaggio, ma non sostituisce la fabbricazione fotolitografica dei circuiti fotonici.
Trappole ioniche e microstrutture tridimensionali
Nelle architetture a ioni intrappolati, gli ioni devono essere confinati e trasferiti attraverso campi elettrici controllati con precisione. Le trappole planari sono compatibili con tecniche microelettroniche, ma presentano limiti geometrici quando occorre creare incroci e percorsi complessi.
Studi pubblicati nel 2025 hanno analizzato microelettrodi tridimensionali producibili tramite litografia a due fotoni. Queste strutture possono modificare il potenziale di confinamento e ridurre le barriere che gli ioni incontrano durante il trasferimento tra zone. Si tratta di studi di fattibilità e simulazioni, non di sistemi commerciali già integrati nei computer di Quantinuum o IonQ.
Il valore della ricerca consiste nel mostrare che la manifattura additiva su scala micrometrica potrebbe superare alcuni vincoli delle strutture bidimensionali. Per arrivare alla produzione occorrerà dimostrare affidabilità elettrica, uniformità geometrica, compatibilità con il vuoto e assenza di contaminanti.
Sensori quantistici come mercato più vicino
La manifattura additiva potrebbe trovare applicazioni commerciali nei sensori quantistici prima che nei computer universali tolleranti agli errori. Magnetometri, gravimetri, orologi atomici e sistemi di navigazione quantistica richiedono camere da vuoto, sorgenti atomiche, ottica e schermature.
Alcuni gruppi di ricerca hanno prodotto tramite stampa 3D sorgenti compatte di atomi ultrafreddi e componenti per il vuoto. La libertà geometrica permette di ridurre il volume, il consumo energetico e il numero di elementi da assemblare. Queste caratteristiche sono utili per trasferire un apparato dal laboratorio a un veicolo, a un impianto industriale o a un sistema portatile.
Il mercato dei sensori può quindi offrire ai produttori di sistemi additivi un percorso di ingresso meno dipendente dai tempi del calcolo quantistico su larga scala.
Dalla produzione dell’hardware alla scoperta dei materiali
La seconda connessione con la stampa 3D riguarda l’uso del calcolo quantistico come strumento di progettazione. Le proprietà di una lega, di un polimero o di un materiale ceramico dipendono dalle interazioni tra elettroni, atomi e molecole. La simulazione accurata di queste interazioni diventa difficile quando il sistema cresce o presenta forti correlazioni elettroniche.
Nel marzo 2026 IBM ha comunicato i risultati di una collaborazione con Oak Ridge National Laboratory, Los Alamos National Laboratory, Purdue University, University of Illinois Urbana-Champaign e University of Tennessee. Il gruppo ha utilizzato hardware IBM per simulare le proprietà dinamiche del materiale magnetico KCuF₃, ottenendo risultati confrontabili con dati sperimentali di scattering neutronico.
L’esperimento non equivale alla progettazione automatica di una nuova lega, ma dimostra che flussi di lavoro ibridi possono riprodurre determinate proprietà di materiali reali. Il passaggio successivo consiste nell’estendere questi metodi a sistemi più complessi e nel collegare la simulazione elettronica alle proprietà macroscopiche richieste dall’industria.
BASF studia il calcolo quantistico per applicazioni chimiche e collabora con IBM, Google, Robert Bosch, HQS Quantum Simulations e altre organizzazioni. L’interesse di BASF riguarda la simulazione molecolare, la previsione delle proprietà e l’ottimizzazione di processi chimici. Queste attività mostrano come i potenziali utilizzatori non siano soltanto produttori di computer, ma anche aziende che sviluppano sostanze, catalizzatori e materiali.
Quali materiali potrebbero interessare la stampa 3D
Per l’industria additiva, il calcolo quantistico potrebbe contribuire alla ricerca su leghe resistenti alle alte temperature, materiali per batterie, polimeri con maggiore stabilità termica, ceramiche funzionali, semiconduttori e compositi.
Il problema non consiste soltanto nell’identificare una composizione chimica promettente. Un materiale stampabile deve assorbire correttamente l’energia del laser o del fascio elettronico, solidificare senza produrre difetti e mantenere una microstruttura controllabile. Occorre considerare viscosità, tensione superficiale, conduzione termica, trasformazioni di fase, ossidazione, ritiro e formazione di cricche.
Un computer quantistico potrebbe migliorare la descrizione di alcuni fenomeni elettronici e molecolari, mentre simulazioni classiche e modelli di processo continuerebbero a descrivere il bagno fuso, il raffreddamento e le tensioni residue. I dati sperimentali rimarrebbero indispensabili per convalidare il materiale.
Non è quindi realistico prevedere l’eliminazione delle prove fisiche. Il beneficio più plausibile consiste nel restringere lo spazio delle composizioni da sperimentare, individuando candidati migliori prima di produrre polveri, filamenti o resine.
Ottimizzazione di geometrie e processi produttivi
Il calcolo quantistico viene studiato anche per problemi di ottimizzazione. Nella manifattura additiva questi problemi comprendono l’orientamento del pezzo, la disposizione dei componenti nel volume di stampa, il percorso del laser, la pianificazione dei supporti, l’assegnazione dei lavori alle macchine e la gestione della supply chain.
D-Wave Quantum propone già sistemi di quantum annealing per problemi di ottimizzazione, mentre IBM, Quantinuum, Google e altri operatori studiano algoritmi a porte. Non è stato però dimostrato un vantaggio generalizzato rispetto ai migliori metodi classici per la pianificazione di una produzione additiva industriale.
Gli algoritmi quantistici devono essere valutati sui tempi complessivi, includendo preparazione dei dati, comunicazione con il processore, numero di ripetizioni e analisi dei risultati. In molti casi, un algoritmo classico specializzato può essere più veloce e meno costoso.
Opportunità concrete per le aziende della manifattura additiva
Le aziende del settore possono prepararsi senza acquistare un computer quantistico. Il primo passo consiste nell’identificare competenze e processi compatibili con la filiera: produzione di componenti per il vuoto, scambiatori termici, supporti ottici, sistemi di packaging, microstrutture e parti amagnetiche.
Il secondo passo riguarda la qualificazione. IBM, Google, Rigetti Computing, Quantinuum, IonQ, Atom Computing, Infleqtion e PsiQuantum hanno bisogno di fornitori capaci di documentare materiali, parametri di processo, trattamenti termici, controlli dimensionali, pulizia e tracciabilità.
Il terzo passo consiste nel costruire dati digitali affidabili. Lo sviluppo di materiali tramite calcolo quantistico richiede database coerenti, risultati sperimentali confrontabili e modelli che colleghino composizione, processo e proprietà. Le aziende che non raccolgono dati strutturati avranno difficoltà a integrare strumenti quantistici, intelligenza artificiale e simulazione.
I limiti da considerare
Il calcolo quantistico affronta ancora problemi tecnici ed economici rilevanti. I qubit sono fragili, la correzione degli errori richiede molte risorse e l’elettronica di controllo deve gestire un numero crescente di segnali. Nei sistemi superconduttori, cablaggi e amplificatori aumentano il carico termico. Nei sistemi ottici e atomici, laser, rivelatori e componenti di allineamento occupano spazio e richiedono calibrazioni.
La produzione presenta un’altra difficoltà. Un singolo dispositivo può funzionare bene senza che il processo sia pronto per migliaia di wafer. Difetti minimi, contaminazioni o variazioni nello spessore dei film possono modificare la frequenza e la coerenza dei qubit.
Mancano inoltre standard condivisi per prestazioni, interfacce e benchmarking. IBM, Google, Microsoft, Quantinuum, IonQ, D-Wave Quantum e gli altri produttori utilizzano metriche e architetture differenti. Questo rende difficile confrontare i sistemi utilizzando un solo numero.
Europa, infrastrutture pubbliche e capacità industriale
L’Unione europea ha adottato nel luglio 2025 una strategia quantistica che punta al 2030 per rafforzare ricerca, infrastrutture, produzione, sicurezza delle catene di fornitura e formazione. La rete EuroHPC sta integrando processori quantistici con supercomputer classici in diversi Paesi, compresa l’Italia.
La strategia europea riconosce che la ricerca scientifica non è sufficiente senza capacità produttiva. Materiali ad alta purezza, sorgenti fotoniche, elettronica criogenica, laser, rivelatori e processi di packaging costituiscono una catena di fornitura nella quale possono inserirsi aziende manifatturiere specializzate.
Per la produzione additiva europea, l’opportunità consiste nel collaborare con centri quantistici e produttori di apparecchiature fin dalle fasi di progettazione. Realizzare un componente secondo un disegno già definito offre meno valore rispetto alla partecipazione congiunta alla progettazione termica, meccanica ed elettromagnetica.
Una convergenza costruita su ingegneria e produzione
Il calcolo quantistico non è ancora una tecnologia generalista pronta a sostituire i sistemi classici. Il passaggio in corso riguarda la costruzione delle condizioni industriali necessarie: fonderie, processi ripetibili, reti interoperabili, componenti qualificati, software ibrido e catene di fornitura.
IBM e Anderon puntano sulla produzione di wafer superconduttori. GlobalFoundries propone capacità produttive per più piattaforme e collabora con PsiQuantum nella fotonica. Cisco sviluppa infrastrutture per collegare sistemi eterogenei. Atom Computing, Diraq, D-Wave Quantum, Infleqtion, Quantinuum e Rigetti Computing rappresentano architetture differenti sostenute dagli investimenti statunitensi.
La manifattura additiva può partecipare a questa filiera producendo componenti criogenici, strutture per il vuoto, supporti ottici, microdispositivi e sistemi termici. In una fase successiva, gli strumenti quantistici potrebbero contribuire allo sviluppo di materiali e processi di stampa.
Il risultato non dipenderà da un singolo annuncio o da un solo processore. Dipenderà dalla capacità di trasformare esperimenti controllati in sistemi fabbricabili, verificabili e utilizzabili con continuità. È in questo passaggio dalla fisica alla produzione che calcolo quantistico e manifattura additiva iniziano a condividere problemi, competenze e opportunità.
