Dopo i primi due appuntamenti con la Fondazione Bruno Kessler di Trento, entriamo nel vivo della nostra esplorazione sui computer quantistici. Abbiamo ancora il piacere e il privilegio di parlarne con il Dott. Martino Bernard di FBK.
In queste ultime due parti, daremo spazio all'approfondimento tecnico del Dott. Bernard, entrando nel cuore della materia per soddisfare i lettori più curiosi e appassionati.
Buona lettura.
Per chi si fosse perso le precedenti puntate, può comodamente accedere a questi link:
Parte 3
Marco Secco: Buongiorno a tutti, siamo nuovamente in compagnia del dottor Martino Bernard, ricercatore presso la Fondazione Bruno Kessler di Trento. Bentornato dottore. In questa seconda parte entriamo un po' più nel dettaglio tecnico della sua attività e delle tecnologie su cui lavora. La Fondazione Bruno Kessler, appunto, è all'avanguardia nella realizzazione di dispositivi fotonici detector integrati in silicio. Ho letto un pochettino di documentazione sul sito, visto che è stato una figura chiave nella ricerca condotta in collaborazione tra Quantum at Trento e i progetti Horizon 2020, ATTRACT, EPICUS. Ci può parlare di questa sua esperienza?
Dott. Bernard: Certo. Allora, diciamo che questo filone, che vede sostanzialmente l'integrazione di detector a singolo fotone e microchip fotonici in un unico microchip a temperatura ambiente, è partito con il progetto Quantum a Trento QPIC-SPAD.
QPIC-SPAD è l'unione di Quantum Photonic Integrated Circuit (QPIC) e Single Photon Avalanche Diode (SPAD). Quindi assieme, semplicemente attaccando l'acronimo, diventa QPIC-SPAD. In questo progetto abbiamo dimostrato la realizzabilità tecnologica di un circuito fotonico per la manipolazione di stati quantistici della luce e di detector a singolo fotone a temperatura ambiente, il tutto integrato in un unico microchip, quindi con un unico processo monolitico di fabbricazione.
Visti gli ottimi risultati di questo primo progetto seminale, il mio collega senior – che è stato anche il mio supervisor di dottorato a suo tempo – Mher Ghulinyan, ha coordinato il progetto europeo EPIQUS. Qui, oltre al chip fotonico (detto QPIC), ci siamo allargati a sviluppare un intero sistema: quindi anche degli ASIC dedicati al controllo del circuito fotonico, poi l'elettronica di controllo per alimentare e gestire gli ASIC, l'interfaccia con il computer, fino all'interfaccia grafica software per l'utente. È lì che i computer quantistici vengono "scritti" in modo abbastanza semplice – semplice sempre parlando di scienziati – e l'informazione viene trasmessa, codificata e poi implementata all'interno del nostro piccolo processore quantistico.
Marco Secco: Ok. Io ho visto che il progetto aveva un obiettivo giustamente ambizioso, ovvero il raggiungimento della soglia dei 50 qubit. Com'è andata alla fine e quali risultati avete ottenuto?
Dott. Bernard: A tutti piace sognare. Diciamo che il progetto era originariamente a 8 canali, quindi 4 qubit, con l'idea di dimostrare la modularità iniziale e quindi arrivare a 8 qubit. Dimostrando la modularità, in principio, uno può metterne insieme diversi e assemblarli in un sistema più grande fino ad andare verso i 50.
Come spesso succede in ricerca, però, alcune parti del progetto sono andate bene e quindi siamo riusciti a dimostrare il nostro sistema – quello che avevamo promesso – e di cui alcune parti sono risultate ben scalabili, altre non così tanto. Quindi, in questo momento, il nostro problema principale è la sorgente di stati quantistici integrata nel chip, perché non riusciamo a scalare verso i 50 qubit. Abbiamo incontrato dei problemi fondamentali, quindi non tecnologici che possiamo risolvere nel tempo, ma più strutturali: bisogna cambiare strategia.
Stiamo avanzando nella parte dove abbiamo incontrato problemi tecnologici, cercando di risolverli e di implementare delle soluzioni che ci permettano di raggiungere la scalabilità in quel senso; mentre per le sorgenti ci affideremo ad altre aziende che stanno già sviluppando sorgenti quantistiche esterne sufficientemente potenti.
Marco Secco: Quindi, comunque, il principio galileiano per cui la parte scientifica deve essere riproducibile e verificabile l'avete sostanzialmente rispettato; direi che è stato un ottimo risultato. Ecco, in questo contesto, qual è stata la sfida più ardua nel processo di fabbricazione di questi circuiti fotonici quantistici integrati con questo detector a singolo fotone SPAD?
Dott. Bernard: Allora, diciamo che soprattutto in Italia – ma in generale ovunque – la parte difficile è collaborare. La transdisciplinarità è difficile perché bisogna mettere assieme tante esperienze e tante competenze diverse. Nel mio gruppo avevamo tante esperienze di fabbricazione fotonica, e nei gruppi vicini, all'interno del mio centro, c'è un'esperienza pluridicennale di fabbricazione di detector a singolo fotone per applicazioni di altissima gamma. Quindi abbiamo avuto l'idea giusta di mettere assieme le due piattaforme e ci siamo messi all'opera. Il prodotto finale è maggiore della somma delle parti, però richiede un certo sviluppo.
Il problema principale è che per fabbricare uno di questi chip ci vuole tempo. Anche nelle grandi fab (fabbriche), nelle grandi aziende, ci vogliono dei mesi per uscire con un batch di microchip. Il nostro primo batch di chip, fatto su un progetto QPIC-SPAD, pensate che è stato anche rallentato dal Covid: c'era il mio collega nella camera pulita che fabbricava e io ero a casa sul divano con un oscilloscopio. Quindi la fabbricazione del primo stadio è durata un anno e mezzo. Serve un anno e mezzo per avere il primo film con cui poi poter cominciare a lavorare sui problemi che emergono.
La buona notizia è che ora siamo alla quarta generazione; poi le cose accelerano, veramente, se non c'è il Covid in mezzo. In sole quattro generazioni i miglioramenti sono stati enormi, sia in termini di prestazioni, sia in termini di robustezza della tecnologia. Una parafrasi che usa un mio amico è che una pianta, per farla crescere, devi innaffiarla un po' alla volta e attendere.
Marco Secco: Quindi ben venga questo "innaffiamento delle piante" che avete fatto voi. Entrando un attimino nel discorso dei circuiti integrati di tipo elettronico-fotonico (PIC), a che punto è lo sviluppo per la realizzazione di questi circuiti?
Dott. Bernard: Io direi che siamo a buon punto. Il nostro dispositivo di seconda generazione EPIQUS si trova ora, assieme ad altri dispositivi di altri progetti, alla Quantum Exhibition al DG Connect della Commissione Europea, dove sarà in mostra fino a dicembre di quest'anno. C'è tanta spinta anche all'estero, dove alcune start-up che usano tecnologie fotoniche quantistiche hanno mosso investimenti multimilionari. Questi investimenti hanno spesso fruttato, come nel caso di Xanadu, che ora è quotata per svariati milioni di dollari. Qui direi che c'è maturità.
Link
· Fondazione Bruno Kessler Trento [https://www.fbk.eu/it/]
· Magazine FBK [https://magazine.fbk.eu/it/]
· Dott. Martino Bernard [https://magazine.fbk.eu/it/spotlight/martino-bernard/]
· Per ascoltare l'intervista su Spotify: Next Level Enterprise - La rivoluzione quantistica - Harware quantistico.
Per maggiori informazioni:
Sito web: www.seccomarco.com
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