Il quantum bit al tempo del COVID-19. Esperimento al Dipartimento di Fisica della Federico II.

Per la prima volta in Italia, le proprietà di un bit quantistico (qubit) superconduttivo sono state misurate e manipolate utilizzando opportuni segnali a microonde. L’esperimento è avvenuto presso il Dipartimento di Fisica E. Pancini dell’Università degli Studi di Napoli Federico II, in collaborazione con l’industria SeeQc-Eu (Superconducting energy efficient Quantum Computing).

Il risultato, frutto di vari esperimenti, preparati negli ultimi mesi e realizzati in parte durante l’emergenza sanitaria dovuta al COVID-19, con misure effettuate da remoto senza violare il “Restate a casa”, è anche un piccolo contributo in questi giorni tremendi a guardare il futuro con un occhio di maggiore speranza e di matura consapevolezza sul fatto che la conoscenza e la scienza sono sempre in movimento e sempre pronte ad offrire risposte e soluzioni durature alla storia e all’evoluzione dell’uomo.

Il qubit superconduttivo, che si comporta come un enorme atomo artificiale, è composto da giunzioni Josephson, meravigliose strutture costruite dall’uomo che consentono di ‘trasferire’ le proprietà quantistiche degli atomi alla sfera macroscopica. Per la loro capacità di interfacciarsi con l’elettronica più convenzionale, le giunzioni Josephson sono alla base delle piattaforme che i grandi colossi della quantum computation come IBM, Google e Microsoft usano normalmente per lo sviluppo dei primi prototipi di computer quantistico.

Gli esperimenti effettuati negli ultimi mesi sono un primo passo verso orizzonti scientifici molto promettenti, ed indicano la presenza ed il primato nazionale dell’Università Federico II, condiviso con SeeQC.eu, su temi scientifici di frontiera come la computazione quantistica con superconduttori. Questi risultati dimostrano che l’Ateneo federiciano collabora e accoglie industrie tecnologicamente di avanguardia quali SeeQC.eu, che la Federico II continua a formare giovani su percorsi culturali innovativi nella logica dell’interdisciplinarietà, guarda e disegna il futuro promuovendo ricerche e laboratori infrastrutturali anche in settori strategici.

Nell’ambito della sua mission nell’alta formazione dell’Università Federico II ha già avviato un Dottorato in Quantum Technologies da tre anni in collaborazione con il CNR e l’Università di Camerino, che offre tradizionalmente corsi d’avanguardia di meccanica quantistica per il corso di Laurea in Fisica, e da quest’anno potenzia i contenuti didattici sulle tecnologie quantistiche ad Ingegneria con un corso specifico sui circuiti quantistici presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e delle Tecnologie dell’Informazione. Questi progetti sono in linea con gli sviluppi europei e mondiali, tesi a portare la meccanica quantistica dai laboratori al mondo dell’impresa.

I team coinvolti

Team Unina: Davide Massarotti, Halima Ahmad, Alessandro Miano, Luigi Di Palma, Roberta Caruso, Domenico Montemurro, Giovanni Piero Pepe, Francesco Tafuri

Team SeeQc: Marco Arzeo, Katie Porsch, Caleb Jordan, Matt Hutchings, Oleg Mukhanov

Team Chalmers: Andreas Bengtsson, Jonas Bylander

L’’Università di Napoli Federico II è un riferimento internazionale per lo studio dell’effetto Josephson sin dagli albori grazie ad Antonio Barone. Questa profonda esperienza scientifica, arricchita dalla capacità di fare Scuola, è il segreto dell’incontro e della sinergia sviluppata con l’industria SeeQC.Eu. SeeQC.Eu nasce come spin-off di Hypres Inc., affermata industria americana per la produzione di elettronica superconduttiva basata sulla tecnologia del Niobio, col principale obiettivo di occuparsi della computazione quantistica anche grazie all’incontro con la FedericoII, con la quale stringe una collaborazione scientifica promuovendo un laboratorio di Ricerca e Sviluppo (R&D) all’ interno Dipartimento di Fisica “E. Pancini”. Il qubit misurato, disegnato fabbricato presso la Chalmers University of Technology (Svezia) nell’ambito della stessa collaborazione scientifica, è costituito da tre giunzioni superconduttive Josephson all’interno di un circuito anch’esso superconduttivo di alluminio che funziona da risonatore. Micro-onde opportunamente calibrate sul circuito interagiscono con le singole giunzioni Josephson, e nel conseguente segnale di risposta del risonatore esse rivelano l’informazione quantistica processata all’interno delle giunzioni Josephson. Sia per SeeQC.eu che per l’Ateneo federiciano (insieme e/o separatamente) l’obiettivo è sviluppare soluzioni hardware alternative agli attuali processori quantistici, che possano utilizzare architetture diverse tramite una varietà più ampia di giunzioni Josephson e circuiti superconduttivi di controllo e di read-out. Questo tipo di soluzione si apre ad una più agevole integrazione di sistemi ibridi.