16/05/2024
Il XXI secolo, da un punto di vista tecnologico, sarà caratterizzato dall’intelligenza artificiale e dalle tecnologie quantistiche. Uno degli obbiettivi principali di queste ultime è sicuramente la realizzazione del computer quantistico, che basandosi su straordinari fenomeni quantistici come la sovrapposizione di stati e la correlazione quantistica (entanglement), potrà essere impiegato per studiare sistemi complessi con prospettive di importanti scoperte e ulteriori progressi tecnologici in molti campi quali: medicina, biologia, chimica, farmacologia, bioingegneria, fisica dell’atmosfera, intelligenza artificiale, trasporti ecc.
Il cuore di un computer quantistico è costituito dai bit quantistici o qubits che consentono di effettuare un perfetto calcolo parallelo conferendo al computer quantistico indiscutibili vantaggi rispetto al computer classico. Attualmente esistono diverse piattaforme candidate alla realizzazione del computer quantistico, le più promettenti delle quali sono quelle basate su: dispositivi superconduttivi, fotoni, atomi neutri e ioni intrappolati. I dispositivi superconduttori utilizzati dai grandi colossi come Google e IBM prevedono l’impiego di giunzioni superconduttive Josephson e/o SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Devices) accoppiati a particolari risonatori a microonde per le operazioni di preparazione e lettura dei qubits. E’ inoltre necessario l’applicazione di campi magnetici per calibrare il punto ottimale di lavoro dei qubit in termini di frequenza di operazione.
Nell’ambito del Piano nazionale di ripresa e resilienza (Pnrr), progetto PE4 (NQSTI - National Quantum Science and Technology Institute), l’Istituto di scienze applicate e sistemi intelligenti (Cnr-Isasi) e il Dipartimento di Fisica dell’Università degli studi di Napoli, Federico II, hanno sviluppato giunzioni Josephson ferromagnetiche in cui è stato inserito un sottile strato di materiale ferromagnetico all’interno degli elettrodi superconduttori delle giunzioni Josephson. I risultati di questa ricerca pubblicati sulla prestigiosa rivista Communications Materials (del gruppo Nature Portfolio), mostrano che è possibile utilizzare le suddette giunzioni per la realizzazione di qubits superconduttori ferromagnetici (ferrotrasmon) in cui è possibile calibrare la frequenza di operazione in maniera digitatale tramite degli impulsi di campo magnetico. Ciò eviterebbe l’applicazione di un campo magnetico continuo con la conseguente riduzione di decoerenza, fenomeno alla base della perdita delle proprietà quantistiche dei quibits e in aggiunta migliorerebbe l’interfaccia con sistemi digitali di controllo e lettura dei qubits.
Inoltre, la caratterizzazione dei suddetti dispositivi quantistici a temperature prossime allo zero assoluto (10 mK), ha evidenziato per la prima volta un fenomeno fisico di grande interesse che prevede una polarizzazione ordinata e collettiva degli spin degli elettroni in prossimità dell’interfaccia tra lo strato superconduttore e quello ferromagnetico, fenomeno noto anche come effetto prossimità inverso.
Per informazioni:
Carmine Granata e Antonio Vettoliere (Cnr-Isasi)
Via Campi Flegrei, 34 80078 Pozzuoli (Napoli)
carmine.granata@cnr.it, antonio.vettoliere@cnr.it
Roberta Satariano e Davide Massarotti (Unina)
roberta.satariano@unina.it, davide.masssarotti@unina.it
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