La corsa globale verso il calcolo quantistico ha appena registrato un'importante accelerazione grazie a una scoperta che potrebbe rivoluzionare il modo in cui costruiamo i computer del futuro. Un team di ricercatori della Simon Fraser University, in collaborazione con l'azienda canadese Photonic Inc., è riuscito a sviluppare un dispositivo quantistico basato su silicio che può essere controllato simultaneamente attraverso segnali ottici ed elettrici. Questa doppia modalità di controllo rappresenta un salto qualitativo significativo nella realizzazione di sistemi quantistici scalabili e commercialmente viabili.
Il silicio al centro della rivoluzione quantistica
La scelta del silicio come materiale base non è casuale, ma rappresenta una strategia vincente per sfruttare l'infrastruttura tecnologica già esistente. L'industria dei semiconduttori ha infatti raggiunto livelli di precisione e capacità produttiva straordinari nella lavorazione del silicio, permettendo di fabbricare chip su scala globale a costi contenuti. Questa tecnologia costituisce già oggi il fondamento di tutti i dispositivi elettronici moderni, dagli smartphone ai supercomputer più potenti del mondo.
I ricercatori del Silicon Quantum Technology Lab sono stati tra i primi al mondo a esplorare l'utilizzo dei centri colore del silicio per applicazioni quantistiche. Come spiega Daniel Higginbottom, professore assistente di fisica: "I nostri colleghi Stephanie Simmons e Mike Thewalt furono i primi a proporre i centri colore del silicio come piattaforma per il calcolo quantistico, in un'epoca in cui pochissime persone ci stavano pensando".
Una svolta tecnica senza precedenti
La ricerca pubblicata sulla rivista Nature Photonics riguarda specificamente i dispositivi nanocavità a diodo per il controllo elettrico dei qubit basati sui centri colore del silicio. Michael Dobinson, dottorando e primo autore dello studio, sottolinea l'importanza di questa innovazione: "Questa prima dimostrazione mostra che possiamo fabbricare dispositivi che consentono il controllo simultaneo ottico ed elettrico dei centri T".
Il team è riuscito a realizzare la prima dimostrazione in assoluto di una sorgente di fotoni singoli a iniezione elettrica nel silicio. Precedentemente, questi qubit chiamati "centri T" potevano essere controllati solo otticamente utilizzando laser. L'introduzione del controllo elettrico aumenta significativamente le capacità del dispositivo e rappresenta un passo concreto verso applicazioni in computer quantistici scalabili.
Dall'università all'industria: la partnership vincente
La collaborazione tra il mondo accademico e quello industriale si è rivelata fondamentale per questo risultato. Stephanie Simmons e Mike Thewalt, che guidano il laboratorio SFU, hanno co-fondato Photonic Inc. proprio per sviluppare computer quantistici e reti quantistiche su scala commerciale. L'azienda, che ha recentemente annunciato piani per stabilire una struttura di ricerca e sviluppo nel Regno Unito, è stata un partner integrale nello studio.
Christian Dangel, manager dei dispositivi quantistici nel team di Fotonica Integrata di Photonic Inc. e co-autore del manoscritto, evidenzia come "questo progetto sia stata una grande opportunità per sfruttare le capacità avanzate di fabbricazione di Photonic e testare le loro prestazioni in dispositivi di nuova generazione in un ambiente di ricerca".
La timeline di una rivoluzione in corso
Il percorso che ha portato a questo risultato mostra una progressione costante e metodica. Nel 2020, la SFU introdusse per la prima volta i centri T del silicio per applicazioni quantistiche. Due anni dopo, nel 2022, riuscirono a integrare singoli centri T con dispositivi nanofotonici strutturati, anche se questi dispositivi non avevano ancora interfacce o controlli.
Higginbottom descrive l'evoluzione con entusiasmo: "Ora li stiamo controllando otticamente ed elettronicamente. Stiamo sbloccando alcune delle capacità necessarie per costruire un computer utile con queste tecnologie". Questa progressione avviene in un contesto di investimenti miliardari da parte di governi nazionali, università e corporation come IBM, Google e Microsoft, tutti impegnati nella corsa per essere i primi a sviluppare un computer quantistico scalabile.
Il Canada stesso, attraverso la sua Strategia Quantistica Nazionale, sta investendo massicciamente in questo settore. La capacità di utilizzare il controllo sia ottico che elettrico, combinata con la piattaforma del silicio, rende questo dispositivo particolarmente scalabile e applicabile su larga scala, aprendo la strada a potenziali applicazioni rivoluzionarie in campi come la chimica, la scienza dei materiali, la medicina e la cybersicurezza.
