Un gruppo di ricerca esperto in circuiti quantistici superconduttori della Fondazione Bruno Kessler di Trento, composto da Felix Ahrens, Nicolò Crescini, Marcello Faggionato, Alessandro Irace, Federica Mantegazzini e Benno Margesin, ha prodotto il primo qubit italiano (bit quantistico) realizzato nel Belpaese.
«Un qubit – spiega la ricercatrice della Fondazione e coordinatrice del gruppo, 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 gruppo, a partire dal quale sarà possibile sviluppare circuiti quantistici sempre più avanzati – sottolinea Mantegazzini -. In Italia molti gruppi lavorano già con qubit superconduttivi, che sono però prodotti all’estero e ‘importati’ nei laboratori italiani».
Il qubit realizzato dalla Fondazione Kessler di Trento 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.
Il primo qubit italiano prodotto a Trento è un dimostratore basato sul design di qubit più popolare, il transmon, inventato nel 2007 in un laboratorio statunitense e oggi disponibile in diversi software di design open source. Il transmon fabbricato a FBK è un layout standard disegnato dal team FBK in collaborazione con i ricebrcatori dell’INFN di Milano-Bicocca (Coordinatore: Andrea Giachero), anche grazie alle attività di design parallele e complementari nell’ambito dell’esperimento Qub-IT finanziato dalla Commissione Scientifica Nazionale dell’INFN.
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 b di microfabbricazione nelle camere pulite della Fondazione Kessler. 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.
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