La comunicazione quantistica potrebbe presto fare un salto enorme grazie a un materiale che nessuno si aspettava: il vetro. Un gruppo di ricercatori dell’Università di Padova, del Politecnico di Milano e dell’Istituto CNR per la Fotonica e le Nanotecnologie ha dimostrato che un semplice chip in vetro borosilicato, inciso con un laser a femtosecondi, può funzionare come un dispositivo di sicurezza quantistica ad alte prestazioni. Lo studio, pubblicato sulla rivista Advanced Photonics nel marzo 2026, apre scenari piuttosto concreti per chi si preoccupa della vulnerabilità dei sistemi crittografici attuali di fronte alla crescita dei computer quantistici.

Il punto è questo: man mano che i computer quantistici diventano più potenti, i metodi di crittografia tradizionali rischiano di diventare carta straccia. La crittografia quantistica rappresenta una delle risposte più solide a questo problema, perché si basa sulle leggi della fisica e non sulla complessità matematica. Ma finora servivano dispositivi complicati, costosi e poco pratici. Ed è qui che entra in gioco il vetro.

Perché il vetro batte il silicio nella fotonica quantistica

La maggior parte dei ricevitori integrati per la comunicazione quantistica è realizzata in silicio. Funziona, certo, ma il silicio ha dei limiti: è sensibile alla polarizzazione della luce e tende ad avere perdite ottiche più elevate. Due problemi che, quando si lavora con segnali quantistici debolissimi, diventano ostacoli seri.

Il vetro borosilicato, al contrario, è naturalmente insensibile alla polarizzazione, molto stabile e consente di scrivere guide d’onda tridimensionali con perdite minime. Usando la tecnica della scrittura laser a femtosecondi, il team ha creato un circuito fotonico direttamente dentro il materiale. Niente processi di fabbricazione da semiconduttore, niente costi esorbitanti. Il risultato è un ricevitore eterodina completamente accordabile che include divisori di fascio fissi e regolabili, sfasatori termo ottici per il controllo elettrico di precisione, incroci tridimensionali delle guide d’onda e accoppiatori direzionali indipendenti dalla polarizzazione.

Le prestazioni parlano chiaro: perdita di inserzione bassissima (circa 1 dB), funzionamento stabile per oltre 8 ore, rapporto di reiezione del modo comune superiore a 73 dB. Numeri che eguagliano o superano quelli dei migliori ricevitori fotonici in silicio.

Un solo chip, due tecnologie quantistiche da record

La cosa davvero notevole è che questo singolo chip in vetro riesce a gestire due applicazioni diverse senza bisogno di hardware separato. Come generatore quantistico di numeri casuali (QRNG), il dispositivo ha raggiunto una velocità di generazione sicura di 42,7 Gbit/s, un record per questa categoria di sistemi. Lo stesso chip è stato poi utilizzato per un protocollo di distribuzione quantistica delle chiavi (QKD) basato su modulazione QPSK, raggiungendo un tasso di chiave segreta di 3,2 Mbit/s su un collegamento in fibra simulato di 9,3 chilometri.

Oltre ai numeri, quello che conta è la prospettiva. Il vetro è economico, resistente alle variazioni di temperatura e agli stress meccanici, e si accoppia facilmente con le fibre ottiche standard delle telecomunicazioni. Tutte caratteristiche che lo rendono adatto non solo ai laboratori ma anche a infrastrutture reali, comprese potenziali applicazioni nello spazio. La comunicazione quantistica su scala globale richiede esattamente questo tipo di piattaforma: robusta, versatile e scalabile. E a quanto pare, la risposta era sotto gli occhi di tutti, nascosta dentro un pezzo di vetro.

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Un gruppo di ricercatori della Cornell University ha messo a punto una tecnica di imaging talmente potente da riuscire, per la prima volta in assoluto, a rivelare i difetti a scala atomica all’interno dei chip per computer. Non parliamo di graffi visibili o imperfezioni macroscopiche: qui siamo al livello dei singoli atomi, in strutture talmente minuscole che i canali attraverso cui passano gli elettroni sono larghi appena 15 o 18 atomi. Roba che fino a poco tempo fa era semplicemente impossibile osservare con questa precisione.

Il team ha utilizzato un metodo avanzato di microscopia elettronica per mappare le posizioni esatte degli atomi all’interno delle strutture dei transistor più piccoli oggi in circolazione. E quello che hanno trovato è tanto affascinante quanto problematico: piccole imperfezioni che i ricercatori hanno soprannominato, con un pizzico di ironia, “mouse bites”. Letteralmente, “morsi di topo”. Sono minuscole irregolarità che si formano durante il processo di fabbricazione dei chip e che possono alterare il flusso degli elettroni nei canali del transistor. In pratica, anche un singolo atomo fuori posto può fare la differenza tra un chip che funziona perfettamente e uno che presenta anomalie di prestazione.

Perché queste scoperte cambiano le regole del gioco nella produzione dei chip

Ora, la domanda legittima è: perché dovrebbe interessare a chi non lavora in un laboratorio di nanotecnologie? La risposta è piuttosto semplice. Ogni smartphone, ogni laptop, ogni server che alimenta i servizi cloud che tutti utilizzano ogni giorno funziona grazie a miliardi di transistor stipati su chip sempre più piccoli. Man mano che le dimensioni si riducono, il margine di errore si azzera. Un difetto atomico che vent’anni fa sarebbe stato del tutto irrilevante, oggi può compromettere le prestazioni o l’affidabilità di un intero processore.

La tecnica sviluppata a Cornell offre per la prima volta agli ingegneri la possibilità di vedere esattamente dove si formano questi difetti nei chip, capire come si originano durante la lavorazione e, soprattutto, trovare il modo di prevenirli. È un po’ come avere finalmente una lente d’ingrandimento abbastanza potente da individuare la crepa invisibile in una struttura che sembrava perfetta.

Il futuro della miniaturizzazione passa dalla comprensione atomica

La produzione dei semiconduttori è una delle industrie più sofisticate e costose al mondo. Ogni passaggio nella fabbricazione di un chip coinvolge centinaia di fasi chimiche e fisiche, tutte calibrate con una precisione che ha dell’incredibile. Eppure, come dimostra questa ricerca, anche i processi più raffinati lasciano tracce indesiderate. I cosiddetti “mouse bites” si formano proprio durante queste fasi e rappresentano un limite concreto alla miniaturizzazione dei transistor.

Il lavoro dei ricercatori di Cornell non è solo un esercizio accademico brillante. Ha implicazioni dirette per aziende come Intel, TSMC e Samsung, che stanno spingendo la tecnologia dei chip verso nodi produttivi sempre più estremi. Sapere che esistono questi difetti atomici e poterli finalmente osservare significa aprire la strada a processi di fabbricazione più precisi e, in definitiva, a chip più veloci e affidabili.

Quello che rende questa scoperta davvero notevole è il cambio di prospettiva che porta con sé. Fino a oggi, molti problemi di prestazione nei processori venivano attribuiti a cause generiche legate alla produzione, senza poter identificare con certezza il colpevole a livello atomico. Adesso quella certezza esiste, ed è visibile nelle immagini catturate dal team di Cornell. Resta da vedere quanto velocemente l’industria dei semiconduttori riuscirà a integrare queste informazioni nei propri processi, ma la direzione è tracciata. E per una volta, il progresso parte dalla capacità di guardare più da vicino ciò che prima era semplicemente troppo piccolo per essere visto.

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