L'inarrestabile ascesa di tecnologie come l'AI sta proiettando il consumo energetico dei centri dati verso livelli mai visti, pertanto si guarda a nuove soluzioni meno energivore. La tecnologia su cui si basa l'informatica contemporanea, il silicio, sebbene capace di elaborare enormi quantità di informazioni, paga un prezzo alto in termini di efficienza: gran parte dell'energia utilizzata viene infatti sprecata e dissipata sotto forma di calore. Esiste però un'alternativa promettente, l'elettronica superconduttrice, che offre la possibilità di realizzare sistemi di calcolo ad altissime prestazioni con un'efficienza energetica superiore. La sfida principale di questa tecnologia risiede nelle sue condizioni operative, che richiedono un ambiente a temperature bassissime, prossime allo zero assoluto. Questo crea una complessa necessità di cablaggio per collegare i componenti che operano al freddo con quelli che funzionano a temperatura ambiente.
Proprio su questo punto si sono concentrati i ricercatori del Plasma Science and Fusion Center presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT). Per far funzionare i computer quantistici e superconduttori, è fondamentale fornire loro corrente continua (DC), ma questa deve essere convertita a partire dalla corrente alternata (AC) in ingresso. Realizzare questa conversione in un ambiente criogenico è estremamente difficile. I numerosi cavi che collegano il mondo "caldo" a quello "freddo" introducono interferenze, sia sotto forma di calore che di rumore elettromagnetico, minando la stabilità dei delicatissimi bit quantistici, o qubit.
Il team di ricerca, guidato da Jagadeesh Moodera, ha affrontato il problema sviluppando un raddrizzatore basato su diodi superconduttori (SD) in grado di eseguire la conversione da AC a DC direttamente sullo stesso chip. Integrando con successo quattro di questi diodi, realizzati con sottili strati di materiale superconduttore, hanno creato un circuito capace di operare a temperature criogeniche.
Questa innovazione permette di ridurre drasticamente il numero di cavi necessari, ottenendo un funzionamento più "pulito" dei sistemi quantistici, con meno rumore termico ed elettromagnetico. "Il nostro lavoro apre le porte all'arrivo di supercomputer basati sulla superconduttività, altamente efficienti dal punto di vista energetico, entro i prossimi anni", ha commentato Moodera, aggiungendo che questa ricerca migliorerà la stabilità dei qubit, avvicinando la realizzazione pratica del calcolo quantistico.
Ma le applicazioni non si fermano qui. Oltre a poter funzionare come isolatori per proteggere i segnali dei qubit da interferenze esterne, questi circuiti logici superconduttori sono cruciali anche in un altro campo affascinante della fisica: la ricerca della materia oscura.
Dispositivi simili, infatti, sono impiegati nei sensibilissimi circuiti di rilevamento di esperimenti come quelli del CERN o del LUX-ZEPLIN presso il Berkeley National Laboratory negli Stati Uniti. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Nature Electronics.
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