Un team internazionale di ricercatori guidato dall’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Cnr ha sviluppato un metodo innovativo per la creazione di bit quantistici ad alte prestazioni. Il processo, che combina l’uso di laser e fasci ionici all’interno del diamante, promette importanti sviluppi per il futuro del calcolo e della sensoristica quantistica.
Il diamante come piattaforma quantistica
Il diamante è al centro della nuova frontiera tecnologica: un suo “difetto”, noto come nitrogen vacancy, si è rivelato ideale per creare qubit stabili, l’unità fondamentale dell’informazione nei computer quantistici. Questo difetto consiste in un’atomo di azoto che sostituisce un atomo di carbonio nel reticolo cristallino, lasciando una vacanza elettronica adatta a conservare proprietà quantistiche.
Il vero vantaggio risiede nel tempo di coerenza prolungato, ovvero la capacità del qubit di mantenere il proprio stato quantistico per un intervallo di tempo sufficiente a permettere elaborazioni complesse o misurazioni estremamente sensibili, anche su biomolecole a scala nanometrica.
Applicazioni future: dal calcolo quantistico all’imaging biomedico
“I bit quantistici possono essere impiegati per costruire reti informatiche quantistiche e sensori ultrasensibili in grado di rilevare campi magnetici con precisione estrema”, spiega Shane Eaton, ricercatore del Cnr-Ifn e coordinatore dello studio, pubblicato sulla rivista Nano Letters.
Le potenzialità spaziano dalla realizzazione di computer quantistici scalabili all’imaging medico ad altissima risoluzione. L’obiettivo a breve termine è lo sviluppo di un sensore quantistico capace di analizzare singole molecole, aprendo nuovi scenari nella diagnostica e nelle scienze della vita.
Un progresso nella fabbricazione laser
Dal 2016, il gruppo di Eaton lavora alla creazione di interconnessioni ottiche nel diamante, indispensabili per collegare più qubit. Recentemente, è stato dimostrato che è possibile inserire i difetti in modo preciso nel cristallo, senza comprometterne la coerenza quantistica, grazie a una tecnica combinata di laser e fasci ionici.
“È la prova che si possono realizzare componenti quantistici affidabili direttamente nel diamante, mantenendo prestazioni eccellenti”, afferma Eaton. “Ora possiamo concentrarci sulla costruzione di prototipi operativi per applicazioni concrete, come sensori magnetici ultra-sensibili in grado di superare i limiti delle attuali tecnologie di imaging”.
Una rete europea per la formazione quantistica
Lo studio è parte del progetto europeo LasIonDef, finanziato dal programma Marie Skłodowska-Curie e condotto con la partecipazione di giovani dottorandi provenienti da Cardiff, Ulm, Wroclaw, Torino, Insubria e dal Politecnico di Milano. La collaborazione internazionale ha dato vita a un ecosistema di ricerca all’avanguardia nel campo della tecnologia quantistica.
Le scoperte del team avranno un impatto determinante sulla futura rivoluzione quantistica, in particolare nell’ambito del calcolo avanzato e del rilevamento medico ad altissima precisione.
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