Ricerca del CNR svela un nuovo metodo per la fabbricazione di qubit ad alta coerenza su diamante
Un team internazionale guidato dall’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-IFN) ha sviluppato una nuova tecnologia per la realizzazione di qubit quantistici ad alte prestazioni, sfruttando le proprietà dei difetti atomici nel diamante.
Lo studio, pubblicato sulla rivista Nano Letters, è stato condotto nell’ambito del progetto europeo “LasIonDef”, con il contributo di numerosi dottorandi Marie Skłodowska-Curie.
NELLA FOTO: Il partenariato del progetto europeo LasIonDef, coordinato da Shane Eaton e dal CNR-IFN. Da sinistra a destra: Sahnawaz Alam (Wroclaw U), Paolo Olivero (U Torino), Yanzhao Guo (Cardiff U), JP Hadden (Cardiff U), Bilge Yağci (Cardiff U), Sajedeh Shahbazi (U Ulm), Giulio Coccia (CNR), Selene Sachero (U Ulm), Shane Eaton (CNR), Roberta Ramponi (CNR), Elena Nieto Hernández (U Torino), Diana Kafizova (Microfluidics Innovation Center, Paris), Egle Molotokaite (CNR), Ottavia Jedrkiewicz (CNR), Anthony Bennett (Cardiff), Astghik Chalyan (EYEST, Brussels), Michał Gawełczyk (Wroclaw U)
Nitrogen Vacancy: il “difetto” che rivoluziona il bit quantistico
Il cuore della scoperta è il nitrogen vacancy (NV), un difetto puntuale nel reticolo cristallino del diamante, in cui un atomo di azoto sostituisce uno di carbonio accanto a una vacanza atomica. Questo tipo di difetto presenta un tempo di coerenza quantistica particolarmente elevato, permettendo ai qubit di mantenere più a lungo le loro proprietà quantistiche. Ciò lo rende ideale per applicazioni in quantum computing, sensoristica biomolecolare e imaging ad alta risoluzione.
“I bit quantistici possono essere visti come nodi di reti complesse per la trasmissione di informazioni quantistiche o per realizzare sensori ultra-sensibili su scala nanometrica”, spiega Shane Eaton, ricercatore del CNR-IFN e coordinatore dello studio.
Laser e fasci ionici: una nuova tecnica per fabbricare qubit nel diamante
Il gruppo di ricerca del CNR ha perfezionato una tecnica che utilizza laser ultraveloci e fasci ionici focalizzati per inserire in modo preciso i difetti NV nel diamante, mantenendo intatte le proprietà di coerenza dei qubit. Questo approccio consente di integrare direttamente i difetti nelle interconnessioni fotoniche già realizzate nel materiale, aprendo la strada alla produzione scalabile di reti quantistiche integrate.
Già dal 2016, il team aveva dimostrato come fosse possibile creare connessioni ottiche nel diamante, essenziali per lo sviluppo di processori e sensori quantistici. Ora, grazie al nuovo processo, si può garantire l’allineamento perfetto tra qubit e interconnessioni ottiche, mantenendo al contempo l’elevata qualità del segnale quantistico.
Obiettivo futuro: sensori quantistici per la diagnostica molecolare
Il prossimo traguardo del team sarà la realizzazione di un sensore quantistico di campo magnetico in grado di rilevare singole molecole, analizzandone struttura e dinamica atomica. Questo avanzamento potrebbe rivoluzionare le tecniche di imaging in ambito biologico, superando in sensibilità la tradizionale risonanza magnetica nucleare (NMR).
“Vogliamo sviluppare un sistema che possa stabilire nuovi record di sensibilità nel rilevamento di campi magnetici, offrendo immagini di precisione senza precedenti”, conclude Eaton.
Collaborazione europea per la rivoluzione quantistica
Il progetto LasIonDef, finanziato dalla Commissione Europea e coordinato dal CNR, ha coinvolto partner accademici di rilievo come le università di Cardiff, Ulm, Wroclaw, Torino, Insubria e il Politecnico di Milano. Grazie al programma di dottorato Marie Skłodowska-Curie, i giovani ricercatori coinvolti stanno contribuendo in modo determinante alla nascita della nuova era del quantum sensing e del quantum computing.
