Nel lungo e complesso cammino verso la realizzazione di sistemi quantistici pratici, uno degli ostacoli più grandi è sempre stato quello di creare componenti stabili, controllabili e, soprattutto, producibili su larga scala. Le tecnologie quantistiche sono notoriamente delicate; basta una minima variazione di temperatura o un'imperfezione di fabbricazione per compromettere l'intero processo.
Proprio per superare questa sfida, un team di ricercatori della Boston University, della UC Berkeley e della Northwestern University ha compiuto un progresso fondamentale, realizzando il primo chip al mondo che integra elettronica, fotonica e componenti quantistici su un'unica piattaforma, utilizzando una tecnologia di produzione di semiconduttori del tutto standard.
Questo nuovo dispositivo rappresenta una vera e propria "fabbrica di luce quantistica" in miniatura. Al suo interno ospita dodici sorgenti di luce quantistica indipendenti, ciascuna grande meno di un millimetro quadrato. Il loro compito è generare flussi di coppie di fotoni correlati, particelle di luce che sono l'ingrediente essenziale per le future applicazioni nel campo dell'informatica quantistica, delle comunicazioni sicure e dei sensori di precisione.
Il cuore di queste sorgenti sono dei "microrisonatori ad anello" che, sebbene efficaci, sono estremamente sensibili alle condizioni operative. Per risolvere questa instabilità, i ricercatori hanno integrato un sistema di controllo in tempo reale direttamente sul chip. Anirudh Ramesh, dottorando della Northwestern che ha guidato le misurazioni quantistiche, ha sottolineato come l'integrazione del controllo direttamente sul chip sia un passo critico verso sistemi quantistici scalabili. All'interno di ogni risonatore sono stati inseriti dei fotodiodi che rilevano ogni minimo disallineamento con la luce laser in ingresso, mentre dei minuscoli riscaldatori e una logica di controllo correggono istantaneamente qualsiasi anomalia, mantenendo stabile il delicato processo di generazione della luce quantistica.
L'aspetto più significativo di questo traguardo, come spiegato da Miloš Popović, professore associato alla Boston University, è la dimostrazione che è possibile costruire sistemi quantistici ripetibili e controllabili utilizzando le fonderie di semiconduttori commerciali già esistenti. La piattaforma utilizzata è un processo CMOS a 45 nanometri, originariamente sviluppato per alimentare le interconnessioni di sistemi per l'AI e il supercalcolo. Ora, grazie a questa collaborazione interdisciplinare, la stessa tecnologia si è dimostrata capace di gestire la complessità della fotonica quantistica.
Questo non è solo un piccolo passo, ma uno di quelli importanti, perché apre la strada alla produzione di massa di componenti quantistici complessi, abbattendo i costi e le difficoltà che finora ne hanno limitato lo sviluppo a pochi laboratori specializzati. Il progetto, che ha visto la luce sulla rivista Nature Electronics (in FONTE), dimostra che domini tecnologici solitamente separati possono dialogare e collaborare per accelerare il futuro dell'informatica.
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