Una tecnologia rivoluzionaria porta le simulazioni quantistiche sul desktop
La simulazione quantistica è uno strumento fondamentale per affrontare problemi complessi nel campo della fisica, della chimica e dell’ingegneria, ma i sistemi tradizionali richiedono risorse enormi e condizioni estreme. Il progetto EPIQUS, finanziato dall’UE, ha compiuto un passo rivoluzionario sviluppando un simulatore quantistico compatto a base di silicio che funziona a temperatura ambiente.
Infrangere le barriere della simulazione quantistica
I simulatori quantistici fotonici consentono ai ricercatori di modellizzare scenari reali senza i rischi o i costi degli esperimenti fisici. Tuttavia, l’integrazione di fotonica ed elettronica in un singolo chip pone sfide significative. «Il silicio è il materiale principale per i circuiti fotonici a bassa perdita e i fotorilevatori ad alta efficienza. Tuttavia, a una determinata lunghezza d’onda, un singolo chip di silicio non può fungere sia da circuito di guida d’onda ottica che da rivelatore di assorbimento», spiega Mher Ghulinyan, coordinatore del progetto EPIQUS. Per superare questo problema, EPIQUS ha combinato le funzionalità della microelettronica al silicio e della fotonica quantistica al nitruro di silicio, creando una piattaforma innovativa. Il risultato è un simulatore quantistico a temperatura ambiente con rivelatori di singoli fotoni ad effetto a valanga scalabili integrati su chip (Si SPAD).
Un ponte tra scienza e praticità
Il progetto ha affrontato anche la questione dell’usabilità, creando un compilatore quantistico che consente ai ricercatori di accedere al simulatore e di utilizzarlo da remoto. «Utilizzando un’interfaccia web, un utilizzatore finale può accedere all’hardware quantistico, impostare l’esperimento desiderato ed eseguirlo sul simulatore quantistico», afferma Ghulinyan. Questa capacità estende le potenziali applicazioni del simulatore oltre la scienza quantistica a campi quali le telecomunicazioni e la biofotonica. EPIQUS ha integrato circuiti fotonici (PIC) basati su nitruro di silicio (SiN) con rilevatori di fotoni al silicio per ottenere efficienza alle lunghezze d’onda visibili e del vicino infrarosso. Il nitruro di silicio è trasparente in tutto lo spettro dai raggi UV agli infrarossi. Progettando circuiti quantistici basati su SiN, il team di ricerca ha ottimizzato l’integrazione fotonica con SPAD per operazioni a temperatura ambiente.
Aprire la strada al settore
EPIQUS ha bilanciato la ricerca all’avanguardia con la scalabilità industriale. La piattaforma ha dimostrato la fattibilità su scala di wafer, dimostrando la sua compatibilità con i processi di produzione CMOS esistenti. La futura ottimizzazione potrebbe consentire il trasferimento tecnologico per applicazioni industriali, ponendo l’Europa all’avanguardia nelle tecnologie quantistiche.
Impatto trasformativo
Il prototipo del simulatore quantistico su chip EPIQUS rappresenta un salto di qualità nell’accessibilità. «Nel breve termine, il nostro dimostratore affronterà i problemi quantistici e li metterà alla prova rispetto a parametri di riferimento noti. A lungo termine, consentirà a ricercatori e studenti di esplorare i concetti quantistici da un normale PC», spiega Ghulinyan. Le innovazioni del progetto promettono ampi benefici per la società. I settori che fanno affidamento sulle simulazioni, come quello farmaceutico o finanziario, potrebbero sfruttare i simulatori quantistici per ottenere previsioni più accurate e realistiche. Grazie a dispositivi compatti ed efficienti dal punto di vista energetico, EPIQUS colma il divario tra la scienza quantistica all’avanguardia e le esigenze industriali. Con i risultati ottenuti, il progetto EPIQUS fissa un punto di riferimento per la scienza quantistica, promuovendo nuove tecnologie e ampliando l’accesso a strumenti di simulazione avanzati.
Parole chiave
EPIQUS, simulatore quantistico, fotonica, circuiti basati su SiN, compatibilità CMOS, integrazione quantistica, rilevamento scalabile di fotoni, SPAD Si
