Un chip quantistico che funziona a temperatura ambiente grazie alla luce “attorcigliata”
Il quantum computing potrebbe aver trovato la sua svolta più concreta. Un gruppo di ricercatori della Stanford University ha sviluppato un dispositivo nanometrico che riesce a collegare le proprietà quantistiche di luce ed elettroni senza bisogno di raffreddamento estremo. E questo, per chi segue il settore, è una notizia enorme.
Perché il problema principale dei computer quantistici attuali è proprio quello: per funzionare, hanno bisogno di temperature vicine allo zero assoluto. Parliamo di circa meno 273 gradi Celsius. Un requisito che rende queste macchine costosissime, ingombranti e sostanzialmente inaccessibili al di fuori di pochi laboratori nel mondo. Il dispositivo sviluppato a Stanford, invece, opera a temperatura ambiente. E lo fa sfruttando quella che i ricercatori chiamano “luce attorcigliata”.
Il meccanismo si basa su uno strato sottilissimo di diseleniuro di molibdeno (MoSe2) combinato con un substrato di silicio modellato a scala nanometrica. Le nanostrutture in silicio generano fotoni che ruotano su sé stessi, un po’ come un cavatappi. Questi fotoni “ritorti” riescono a trasferire il proprio spin agli elettroni, creando quel legame quantistico noto come entanglement, che è alla base di qualsiasi sistema di comunicazione e calcolo quantistico.
Perché conta davvero per il futuro della tecnologia quantistica
Jennifer Dionne, professoressa di scienza dei materiali a Stanford e autrice senior dello studio pubblicato su Nature Communications, spiega che il materiale usato non è una novità in sé. La vera innovazione sta nel modo in cui viene impiegato. Il diseleniuro di molibdeno appartiene a una famiglia di materiali chiamati dicalcogenuri dei metalli di transizione, apprezzati per le loro proprietà ottiche e quantistiche particolari. Il problema, fino a oggi, era che gli elettroni perdevano il proprio spin troppo rapidamente per essere utili.
La soluzione trovata dal team è elegante nella sua semplicità concettuale: le nanostrutture in silicio manipolano i fotoni con una precisione tale da farli ruotare in una direzione specifica, verso l’alto o verso il basso. Feng Pan, primo autore dello studio, racconta che è proprio questa combinazione tra chip in silicio e materiale a confinare e amplificare la torsione della luce, stabilizzando lo stato quantistico necessario per la comunicazione quantistica.
Il risultato è un dispositivo compatto, relativamente economico e soprattutto funzionante senza i sistemi di raffreddamento criogenico che rappresentano oggi uno degli ostacoli maggiori alla diffusione del quantum computing. Le applicazioni potenziali spaziano dalle comunicazioni sicure ai sensori avanzati, fino all’intelligenza artificiale e al calcolo ad alte prestazioni.
Verso reti quantistiche integrate nella vita quotidiana
Il team sta già lavorando per migliorare ulteriormente il dispositivo, esplorando altri materiali della stessa famiglia e combinazioni che potrebbero garantire prestazioni ancora superiori. L’obiettivo a lungo termine è ambizioso: integrare componenti come questo all’interno di reti quantistiche più ampie e, un giorno, persino nell’elettronica di consumo.
Certo, la strada è ancora lunga. Pan stesso ammette, con un sorriso, che l’idea di fare quantum computing dentro uno smartphone è un progetto da almeno dieci anni. Ma il fatto che un dispositivo del genere funzioni già oggi, a temperatura ambiente, su un chip grande quanto la lunghezza d’onda della luce visibile, dice molto sulla direzione che sta prendendo la ricerca. Non si tratta più solo di teoria o di esperimenti confinati in laboratori ultrafreddi. La tecnologia quantistica sta iniziando a diventare qualcosa di tangibile, più accessibile e, soprattutto, più vicina alla realtà di tutti i giorni.
