Portare le applicazioni quantistiche sul mercato
La tecnologia quantistica, che sfrutta le speciali proprietà delle particelle subatomiche, ad esempio per elaborare le informazioni, sta lentamente uscendo dai laboratori di ricerca per arrivare ad applicazioni pratiche e commerciali. Alcuni dei settori chiave con grandi potenzialità sono l’informatica quantistica e il rilevamento quantistico (che garantiscono un posizionamento e una sincronizzazione ad alta precisione), nonché applicazioni industriali come l’esecuzione di simulazioni chimiche per la scoperta di nuovi materiali e molecole. «L’abbinamento di unità di elaborazione quantistica con supercomputer classici consente di affrontare compiti di ottimizzazione e simulazione molto complessi», spiega Jussi-Pekka Penttinen, coordinatore del progetto SEMIQLEAP(si apre in una nuova finestra) presso Vexlum(si apre in una nuova finestra), in Finlandia.
Laser per sistemi quantistici industriali
I laser sono una componente fondamentale della tecnologia quantistica, perché sono essenziali, tra le altre applicazioni, per manipolare, misurare e raffreddare i sistemi quantistici. Non si tratta però di laser «ordinari»: quelli specifici per la tecnologia quantistica richiedono una stabilità della lunghezza d’onda molto elevata e un rumore ottico estremamente basso per funzionare correttamente senza compromettere la delicata coerenza quantistica. Inoltre, i sistemi laser quantistici stanno diventando sempre più piccoli. L’azienda finlandese Vexlum è all’avanguardia in questi sviluppi. Il suo laser a semiconduttore, infatti, è stato progettato per fornire le lunghezze d’onda specifiche e i livelli di potenza elevati richiesti dai sistemi quantistici basati su atomi e ioni, ma in una forma molto più compatta e maneggevole rispetto ad altri laser precedenti. «Questa tecnologia è stata collaudata in esperimenti quantistici chiave», afferma Penttinen. «Tuttavia, i sistemi quantistici industriali necessitano di laser che possano essere prodotti in serie, secondo standard costanti, con la durata operativa e l’affidabilità richieste da un prodotto commerciale. Il prossimo passo rivoluzionario consiste quindi nel trasformarlo in un prodotto robusto e producibile in serie.»
Un mercato europeo dei componenti laser critici
Questo era l’obiettivo del progetto SEMIQLEAP, sostenuto dal Consiglio europeo per l’innovazione(si apre in una nuova finestra). «SEMIQLEAP è stato finanziato per colmare il divario tra un dispositivo di laboratorio collaudato e uno industriale scalabile», osserva Penttinen. «L’obiettivo più ampio era quello di garantire all’Europa una fornitura interna di componenti laser critici da cui dipenderà l’industria quantistica.» Una fase fondamentale del progetto ha riguardato la riprogettazione dell’intera catena di produzione, dallo sviluppo del wafer semiconduttore fino al chip di guadagno (gain chip) finito e al sistema laser finale. L’obiettivo era sviluppare laser industriali compatti, al contempo rendendo l’intera catena di produzione più robusta e resiliente. «In pratica, ciò significava tre cose: ampliare la produzione dei chip di guadagno su scala industriale, realizzare sistemi automatizzati di caratterizzazione e benchmarking affinché ogni chip soddisfi uno standard uniforme, e integrare tutto ciò in sistemi laser compatti e distribuibili», spiega Penttinen.
Produzione automatizzata di wafer e caratterizzazione dei chip
Sono stati compiuti progressi sia nella produzione automatizzata dei wafer che nella caratterizzazione dei chip, migliorando sia l’efficienza che il controllo di qualità. «Siamo riusciti a convalidare una nuova piattaforma laser compatta e ad alta potenza (la nostra linea VXL) con elettronica integrata e a realizzare un prototipo del sistema laser di nuova generazione, ancora più piccolo», aggiunge Penttinen. Il progetto è quindi un passo fondamentale per garantire che Vexlum possa trasformare la sua piattaforma laser convalidata in prodotti pronti per la produzione in serie. «La linea VXL è ora una piattaforma convalidata, progettata per essere applicata in modo scalabile in sistemi quantistici industriali, in particolare computer quantistici e orologi atomici ottici», afferma Penttinen. «Continueremo a impegnarci per garantire la fornitura di questi laser nei volumi di cui l’industria quantistica avrà bisogno, di pari passo con la sua espansione.»
