Il primo qubit superconduttivo completamente made in Italy è realtà: merito di un team di ricerca esperto in circuiti quantistici superconduttori, che ha centrato l’importante obiettivo nei laboratori della Fondazione Bruno Kessler.
“Un qubit – spiega la ricercatrice Fbk e coordinatrice del team Federica Mantegazzini – è un circuito delle dimensioni di pochi micrometri che si comporta come un atomo artificiale. Se da un lato le proprietà di un atomo sono dettate dalla natura, dall’altro un circuito può essere disegnato e costruito su misura, il che lo rende ideale per studiare fenomeni quantistici. Inoltre, il qubit è il componente base di varie applicazioni quantistiche, presenti e future, come sensori quantistici ultra-sensibili, simulatori quantistici e computer quantistici. La realizzazione del primo qubit superconduttivo in Italia è un risultato nodale per il nostro team, a partire dal quale sarà possibile sviluppare circuiti quantistici sempre più avanzati”.
Verso una microfabbricazione su larga scala
In Italia molti gruppi lavorano già con qubit superconduttivi, che sono però prodotti all’estero e “importati” nei laboratori italiani. “Essere in grado di realizzare qubit superconduttivi in Italia è un traguardo importante e il primo qubit fabbricato alla Fbk – puntualizza Mantegazzini – è il primo passo in questa direzione. Ora ci proponiamo di migliorare ulteriormente la nostra tecnologia e ottimizzare le proprietà del circuito, per poi sfruttare appieno la potenzialità delle Camere pulite Fbk che sono adatte alla microfabbricazione su larga scala”.
Il qubit è stato testato a temperature vicine allo zero assoluto sfruttando un’elettronica che invia e controlla segnali con una durata inferiore al miliardesimo di secondo. Le prime misure sul dispositivo, condotte nel laboratorio criogenico a Trento, hanno dimostrato la natura quantistica del circuito, evidenziando che il qubit si comporta proprio come un atomo, con livelli energetici quantizzati.
La sfida: fabbricare un qubit basato sulle giunzioni Josephson
La sfida è stata imparare a costruire gli elementi più complessi del qubit, chiamati giunzioni Josephson. A questo scopo, è stato studiato e messo a punto uno specifico processo di microfabbricazione nelle Camere pulite della Fbk. Si tratta di strutture micrometriche in alluminio composte da sottilissime barriere – con uno spessore nell’ordine del milionesimo di millimetro – attraverso cui coppie di elettroni possono viaggiare grazie al complesso fenomeno del tunnelling quantistico. L’abilità di fabbricare un qubit basato su queste giunzioni dimostra l’eccellenza e il ruolo da protagonista di Fbk nel campo dello sviluppo delle scienze e tecnologie quantistiche.
Il team di ricerca
Il team Fbk che ha lavorato alla realizzazione del qubit è composto da Felix Ahrens (ricercatore Fbk), Nicolò Crescini (ricercatore Fbk), Marcello Faggionato (studente Master Fbk-Milano-Bicocca), Alessandro Irace (dottorando Fbk-Milano-Bicocca), Federica Mantegazzini (ricercatrice Fbk e coordinatrice del team) e Benno Margesin (senior fellow Fbk).
Un progetto finanziato con fondi Pnrr
La realizzazione del primo qubit superconduttivo in Italia è stata possibile grazie al supporto del progetto nazionale Nqsti (Spoke 6 coordinato da Giuseppe Gorini e Angelo Nucciotti), finanziato dal Pnrr, e al progetto europeo Qu-Pilot (Coordinatore: Mika Prunnila), finanziato dall’Unione Europea.
Guardando al futuro, questi circuiti apriranno la strada a diversi esperimenti nazionali, in particolare all’interno della Commissione Scientifica Nazionale 5 dell’Infn, nonché a progetti internazionali, come il progetto europeo Miss.
