20/04/2026
Un team di ricerca dell’Istituto nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche di Pisa (Cnr Nano) ha realizzato un dispositivo superconduttivo che genera segnali regolari simili ai pettini di frequenza ottici, ma nel campo delle microonde. Lo studio, pubblicato su Nature Communications, apre nuove prospettive per metrologia, sensoristica e tecnologie quantistiche.
I pettini di frequenza sono strumenti straordinariamente precisi per misurare il tempo e le frequenze: consistono in una sequenza regolare di impulsi, che corrispondono a frequenze esatte ed equidistanti in grado di fungere da “righello di precisione” per la luce, permettendo misure estremamente accurate. In ottica hanno rivoluzionato campi come la spettroscopia e gli orologi atomici, e sono alla base del premio Nobel per la fisica del 2005.
Ora il team di Cnr Nano, guidato da Alessandro Crippa insieme a Francesco Giazotto, Angelo Greco e Xavier Ballu, ha esteso il concetto dei pettini di frequenza dal dominio ottico a quello delle microonde. Si tratta di frequenze più basse, ampiamente utilizzate nei sistemi elettronici e nelle tecnologie per il calcolo quantistico.
“Il risultato chiave riguarda un dispositivo superconduttore SQUID di pochi micron, capace di generare una scala ordinata di segnali estremamente stabili proprio nella banda delle microonde”, spiega Francesco Giazotto (Cnr-Nano). Il dispositivo è estremamente compatto, non richiede strutture risonanti ingombranti e consuma pochissima energia, il che ne facilita l’integrazione diretta su chip. “Per i sistemi quantistici che operano a temperature prossime allo zero assoluto, portare segnali dall’esterno è complesso e introduce rumore e calore. Al contrario, generarli direttamente all’interno del sistema consente di ridurre questi effetti e di progettare dispositivi più efficienti e scalabili”.
“Un dispositivo di questo tipo potrebbe in futuro permettere nuove strategie per controllare e collegare bit quantistici in piattaforme superconduttrici o a semiconduttore, prendendo ispirazione da tecnologie già utilizzate in sistemi quantistici ottici e infrarossi, come i qubit atomici o ionici intrappolati”, conclude Alessandro Crippa (Cnr-Nano), coordinatore della ricerca.
Oltre al calcolo quantistico, i pettini di frequenza a microonde potrebbero aprire la strada a nuovi strumenti capaci di misurare, controllare e sincronizzare segnali in regimi finora difficili da raggiungere, con applicazioni che spaziano dalla metrologia avanzata alla radioastronomia.
L’idea alla base del progetto risale a oltre dieci anni fa, concepita dal gruppo di Francesco Giazotto, e sviluppata ora combinando progettazione avanzata, strumenti sofisticati e misure di precisione, all’interno del laboratorio NEST di Cnr Nano e Scuola Normale Superiore.
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