Nel complesso cammino verso computer e dispositivi quantistici reali, uno degli ostacoli più grandi è sempre stato creare componenti che siano stabili, controllabili e soprattutto prodotti su larga scala. Le tecnologie quantistiche, notoriamente delicate, soffrono infatti anche di minime variazioni ambientali o imperfezioni di fabbricazione. Ora, un team di ricercatori della Boston University, UC Berkeley e Northwestern University ha raggiunto un traguardo decisivo: il primo chip al mondo che combina elettronica, fotonica e componenti quantistici su un’unica piattaforma, realizzato con tecniche industriali standard.
Il chip quantistico che unisce elettronica, fotonica e quantistica insieme
Il dispositivo realizzato dai ricercatori è, di fatto, una fabbrica di luce quantistica in miniatura. Al suo interno si trovano dodici sorgenti indipendenti di luce quantistica, ognuna delle quali misura meno di un millimetro quadrato. Il loro compito è generare flussi di coppie di fotoni correlati, particelle di luce fondamentali per una vasta gamma di applicazioni future: dall’informatica quantistica alle comunicazioni ultra-sicure, fino ai sensori di precisione.
Il cuore tecnologico di queste sorgenti sono i cosiddetti microrisonatori ad anello. Si tratta di componenti molto efficaci ma anche estremamente sensibili alle condizioni operative, e dunque inclini all’instabilità. Per affrontare questo problema, i ricercatori hanno inserito direttamente sul chip un sistema di controllo in tempo reale. Come spiega Anirudh Ramesh, dottorando della Northwestern che ha guidato le misurazioni quantistiche, questa integrazione rappresenta un passaggio cruciale verso la scalabilità dei sistemi quantistici.
All’interno di ciascun microrisonatore i ricercatori hanno integrato fotodiodi che rilevano ogni minima anomalia nell’allineamento con la luce laser in ingresso. Al tempo stesso, minuscoli riscaldatori e una logica di controllo reagiscono istantaneamente, correggendo qualsiasi instabilità e mantenendo stabile il delicato processo di generazione della luce quantistica.
L’aspetto forse più significativo di questo traguardo risiede nel metodo di produzione: il chip è stato realizzato utilizzando un processo CMOS a 45 nanometri, lo stesso impiegato nelle fonderie di semiconduttori commerciali per alimentare interconnessioni in sistemi di intelligenza artificiale e supercalcolo. Ciò dimostra che è possibile costruire sistemi quantistici ripetibili e controllabili sfruttando infrastrutture industriali già esistenti.
Il risultato di questa collaborazione interdisciplinare, pubblicato sulla rivista Nature Electronics, mostra che le tecnologie quantistiche possono uscire dai laboratori e trovare un percorso realistico verso l’industrializzazione. Una svolta che potrebbe abbattere costi e complessità, accelerando notevolmente lo sviluppo dell’informatica quantistica.
