Immagine copertina generata con l’intelligenza artificiale
Imec ha raggiunto un nuovo traguardo nel campo dei circuiti superconduttori, arrivando a integrare 3,8 milioni di giunzioni Josephson in un solo centimetro quadrato. Il risultato, presentato alla Applied Superconductivity Conference 2026, rappresenta secondo il centro di ricerca un record mondiale per la densità raggiunta da questa tecnologia. A rendere possibile il risultato contribuiscono anche fili in NbTiN larghi appena 30 nanometri, circa dieci volte più sottili rispetto a quelli impiegati nella tecnologia superconduttrice convenzionale a base di niobio.
Record mondiale: la densità dei circuiti superconduttori sale a 3,8 milioni
Il dato più significativo riguarda proprio la densità raggiunta da Imec: 3,8 milioni di giunzioni Josephson per centimetro quadrato. I circuiti sono realizzati utilizzando nitruro di niobio-titanio, noto come NbTiN, e sono costruiti su tre livelli metallici.
Le giunzioni più piccole sviluppate nell’ambito della ricerca hanno un diametro di appena 150 nanometri. Si tratta di componenti fondamentali per il funzionamento dei circuiti superconduttori, capaci di agire come interruttori elettronici estremamente veloci consumando al tempo stesso quantità molto ridotte di energia.
È proprio questa combinazione tra velocità, efficienza e possibilità di concentrare un numero maggiore di componenti in uno spazio limitato a rendere interessante la tecnologia per i sistemi di high-performance computing.
Cosa sono le giunzioni Josephson e perché sono cruciali
Le giunzioni Josephson permettono di elaborare segnali con un consumo energetico estremamente contenuto. Nei circuiti sviluppati da Imec rappresentano quindi uno degli elementi chiave per aumentare la densità del sistema senza rinunciare alle caratteristiche della tecnologia superconduttrice.
Il vantaggio non riguarda soltanto le dimensioni. Secondo Imec, i circuiti superconduttori potrebbero offrire importanti risparmi energetici rispetto ai chip CMOS convenzionali, oltre a garantire una maggiore densità di calcolo e larghezza di banda.
Queste caratteristiche assumono particolare rilevanza nei sistemi di calcolo più avanzati, dove una parte significativa dell’energia può essere impiegata proprio nello spostamento dei dati. La tecnologia potrebbe quindi contribuire a ridurre alcune di queste perdite, mantenendo al contempo velocità di elaborazione molto elevate.
Impatto per la ricerca e l’industria dell’elettronica
Il lavoro di Imec punta a rendere la tecnologia superconduttrice più facilmente scalabile e utilizzabile in sistemi di calcolo complessi. Il centro di ricerca sta infatti sviluppando il processo attraverso wafer da 300 millimetri, gli stessi formati utilizzati ampiamente nella produzione moderna di semiconduttori.
Questa compatibilità con processi produttivi consolidati potrebbe facilitare la realizzazione di circuiti superconduttori più grandi e complessi. Imec sta inoltre lavorando sull’integrazione 2.5D e 3D, con l’obiettivo di combinare differenti componenti all’interno di sistemi sempre più compatti.
Il programma è rivolto a foundry, hyperscaler e aziende che sviluppano sistemi di calcolo. Tra le possibili applicazioni indicate da Imec figurano l’high-performance computing, i data center, il quantum computing, la fotonica e il calcolo neuromorfico.
Fili più sottili e nuove strategie di miniaturizzazione
Un altro elemento centrale della ricerca riguarda i collegamenti elettrici. Imec ha infatti dimostrato tre livelli di cablaggio in NbTiN, con fili larghi appena 30 nanometri. La misura è circa dieci volte inferiore rispetto a quella dei fili utilizzati nella tecnologia superconduttrice convenzionale basata sul niobio.
La riduzione delle dimensioni permette di inserire un numero maggiore di connessioni nello stesso spazio e di collegare componenti distribuiti su più livelli del circuito. I fili superconduttori, inoltre, possono trasportare corrente con una resistenza praticamente nulla quando vengono raffreddati a temperature estremamente basse.
Imec può anche modificare le proprietà elettriche delle giunzioni e dei fili, offrendo ai progettisti una maggiore flessibilità nella realizzazione di circuiti destinati ad applicazioni differenti.
Oltre il record: la densità dei circuiti superconduttori spinge verso nuovi standard
Il risultato di Imec non elimina però le difficoltà ancora presenti nella tecnologia. I circuiti superconduttori devono generalmente essere mantenuti a temperature estremamente basse per conservare la superconduttività, un requisito che ne rende l’impiego più complesso rispetto ai chip tradizionali.
Il record di 3,8 milioni di giunzioni e la dimostrazione dei fili da 30 nanometri rappresentano comunque un passo verso sistemi superconduttori più compatti e densamente integrati. La possibilità di utilizzare processi basati su wafer da 300 millimetri aggiunge inoltre una prospettiva industriale alla ricerca, mentre le attività sull’integrazione 2.5D e 3D puntano a incrementare ulteriormente la complessità dei sistemi realizzabili.
Fonte: Interesting Engineering
