Il supercalcolo ancora più super
Il calcolo superconduttivo promette di ridefinire la potenza di calcolo, sia in senso classico che in termini di calcolo quantistico. Tuttavia, per affrontare questi nuovi superpoteri, i computer necessitano di memorie superconduttrici veloci e scalabili. E qui subentra il progetto TERASEC, finanziato dall’UE. «Il nostro obiettivo era quello di aiutare a render ancora più super il supercalcolo», spiega Francesco Giazotto, ricercatore principale del progetto. «Più specificamente, il nostro obiettivo era dimostrare la possibilità pratica della manipolazione coerente di fase del trasporto di energia.»
La cella di memoria superconduttiva a scorrimento di fase
Il cuore del progetto è una cella di memoria superconduttiva a slittamento di fase (PSM, phase-slip memory). Come spiegano alcuni ricercatori del Politecnico di Delft, lo slittamento di fase è il processo duale in cui la differenza tra due regioni superconduttive cambia di 2π in un breve lasso di tempo. «La nostra PSM è in grado di codificare in modo efficiente lo stato logico nella direzione della corrente persistente circolante, come è stato comunemente definito nelle memorie superconduttrici basate sul flusso», spiega Giazotto. «Ma, a differenza di quest’ultimo, il nostro schema di memoria non richiede una grande potenza di induttanza.» L’induttanza si riferisce alla proprietà di un conduttore elettrico che fa sì che una forza elettromotrice venga generata da una variazione della corrente che scorre. La soluzione TERASEC presenta anche una forte energia di attivazione per la nucleazione degli slittamenti di fase, consentendo una robusta protezione topologica contro gli slittamenti di fase stocastici e il rumore del flusso magnetico. Questo, insieme all’efficiente schema di lettura della soluzione, rende il funzionamento della PSM estremamente affidabile. «Queste proprietà rendono la nostra cella una soluzione promettente per architetture classiche superconduttrici avanzate e per i qubit di flusso.»
Dai qubit di flusso alle giunzioni Josephson
Come spiega Giazotto, i qubit di flusso svolgono un ruolo importante nell’informatica quantistica superconduttiva. «Si tratta di piccoli anelli di metallo superconduttore di dimensioni micrometriche, interrotti da diverse giunzioni Josephson», spiega. A proposito di Josephson, il progetto TERASEC, che ha ricevuto il sostegno del Consiglio europeo della ricerca, ha toccato anche questo argomento. L’effetto Josephson è quello che si verifica quando si pone una barriera tra due superconduttori posti in prossimità l’uno dell’altro. La giunzione Josephson è il nome dato al dispositivo meccanico quantistico costituito da due elettrodi superconduttori separati da una barriera. «La nostra ricerca spiana la strada alla creazione di un’intera famiglia di componenti basati sulle giunzioni Josephson per circuiti logici avanzati», osserva Giazotto.
Una nuova via per i dispositivi quantistici di nuova concezione
Il progetto TERASEC ha raggiunto esattamente l’obiettivo che si era prefissato: ha dimostrato la possibilità pratica di manipolare in coerenza di fase il trasporto di energia nei dispositivi quantistici. Ma cosa significa questo in senso pratico? «Il nostro lavoro apre le porte alla costruzione di strutture in cui il controllo coerente del trasporto di calore consente di sviluppare la controparte termica dei dispositivi elettrici», aggiunge Giazotto. «Esempi di tali dispositivi sono i transistor, le memorie termiche e le porte logiche termiche, che potrebbero far compiere significativi progressi, ad esempio, alle tecnologie di sicurezza per il rilevamento di minacce come esplosivi, armi e droghe.» Giazotto afferma che la ricerca del progetto rende anche possibile la creazione di dispositivi quantistici di nuova concezione, come amplificatori termici, unità di memoria non volatile e motori termoelettrici. «Grazie alla nostra ricerca, ora possiamo studiare le modalità senza carica nei sistemi a stato solido, cosa che era impossibile utilizzando l’elettronica convenzionale», conclude. I ricercatori del progetto stanno ora lavorando per convalidare la cella PSM in ambienti rilevanti, tra cui un computer quantistico.
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