Swiss Mirror – Una scoperta per i computer quantistici

I computer quantistici rappresentano una nuova frontiera nella tecnologia dell’informazione e promettono di rivoluzionare numerosi settori, dalla finanza alla criptologia fino alle scienze climatiche, solo per fare alcuni esempi. Tali dispositivi, tuttavia, possono funzionare solo a temperature basse, cosa che rende ad oggi impossibile il loro utilizzo al di fuori di un laboratorio attrezzato con l’infrastruttura necessaria a raffreddarli. Ma una potenziale soluzione potrebbe arrivare dalla Svizzera.

Gli ingegneri del Politecnico federale di Losanna (EPFL) hanno infatti sviluppato un dispositivo in grado di convertire il calore in tensione elettrica, che potrebbe essere utilizzato proprio nell’ambito dei computer quantistici, per il loro funzionamento in un ambiente ottimale senza necessità di un laboratorio super attrezzato. Per portarli sulle nostre scrivanie, la ricerca negli ultimi anni si è concentrata su due possibili strade: progettare sistemi in grado di funzionare a temperatura ambiente o studiare meccanismi efficaci per il raffreddamento.

Entrando nel dettaglio, l’ambiente necessario per i calcoli quantistici richiede meccanismi di raffreddamento a temperature estreme, nell’ordine dei millikelvin (quasi -273 °C). Altrimenti si rischia di compromettere l’attività di calcolo e distruggere la cosiddetta informazione quantistica.

Ad oggi, la maggior parte delle tecnologie che tentano di risolvere tale questione si basano sul separare i circuiti quantistici dai loro componenti elettronici, ma questa modalità causa inefficienze che ostacolano la realizzazione di sistemi quantistici al di fuori del laboratorio. Ed è per questo che potrebbe essere rivoluzionario il dispositivo progettato nel LANES (ovvero il Laboratory of Nanoscale Electronics and Structures) dell’EPFL. Si tratta infatti di una tecnologia che combina l’elevata conduttività elettrica del grafene con le proprietà semiconduttrici del seleniuro di indio, permettendo di ottenere prestazioni efficienti per l’utilizzo di sistemi che producono calore riportandoli a temperatura ottimali.

Il dispositivo sfrutta l’effetto Nernst, ossia un fenomeno termoelettrico che genera una tensione elettrica quando un campo magnetico viene applicato perpendicolarmente a un oggetto a temperatura variabile. Diventando così un sistema di raffreddamento, in sostanza. Non è la prima volta che si prova ad applicare questa idea al raffreddamento delle tecnologie quantistiche, ma si tratta di esperimenti estremamente delicati e con risultati spesso insufficienti. Dunque, la scoperta del Politecnico federale di Losanna rappresenta qualcosa di unico.

«Siamo i primi a creare un dispositivo che eguaglia l’efficienza di conversione delle tecnologie attuali, ma che opera ai bassi campi magnetici e alle bassissime temperature necessarie per i sistemi quantistici», ha sottolineato il dottorando di LANES Gabriele Pasquale, «questo lavoro è davvero un passo avanti».

Gli esperimenti, in particolare, hanno utilizzato un laser come fonte di calore e un refrigeratore a diluizione per raggiungere i 100 millikelvin, una temperatura ancora più fredda di quella dello spazio profondo. «Se pensiamo a un computer portatile in un ufficio freddo, il computer portatile si riscalda durante il funzionamento, facendo aumentare anche la temperatura della stanza», ha spiegato Pasquale. «Nei sistemi di calcolo quantistico, attualmente non esiste un meccanismo che impedisca al calore di disturbare i qubit (in sostanza i bit quantistici, ndr). Il nostro dispositivo potrebbe fornire questo necessario raffreddamento».

Certo, la strada per passare da questa scoperta alla sua applicazione su larga scala per avere dei portatili quantistici nello zaino di lavoro è ancora lunga e piena di incognite. Però Pasquale è fiducioso: «Questi risultati rappresentano un importante progresso nella nanotecnologia e sono promettenti per lo sviluppo di tecnologie di raffreddamento avanzate. Crediamo che questo risultato possa rivoluzionare i sistemi di raffreddamento per le tecnologie future».

Secondo Business Research Insights, la dimensione del mercato globale dei sistemi di raffreddamento a diluizione era di 107,3 milioni di dollari nel 2021 e si prevede che toccherà i 216,56 milioni di dollari entro il 2031, con un tasso di crescita CAGR del 7,3% nel periodo di previsione. Si stima che il Nord America avrà un ruolo dominante in questo business, ma anche la Svizzera, con le sue competenze e il suo ecosistema di innovazione, può essere protagonista.