> FocusUnimore > numero 52 – novembre 2024
SMILE-SQUIP project: quantum computing and superconductors
The Unimore project SMILE-SQUIP (Addressing Molecular and Spins with MIcrowave puLsEs through Superconducting circuits for QUantum Information Processing), coordinated by Prof. Marco Affronte of the Department of Physics, Informatics and Mathematics, is funded by a call of the NQSTI extended partnership for over 760,000 euro, and aims to encode some quantum computing operations using magnetic molecules and superconductors. The original idea involves the integration of molecules into superconducting circuits with the aim of exploiting the best features of each separate system: on the one hand, the quantum coherence of the magnetic part (spin) of the molecules is exploited, and on the other, the scalability and integration of superconducting devices into electrical circuits. Possible spin-offs to broader applications are also interesting. For example, the microwave technology that will be developed can also be used for more advanced magnetic resonance imaging. The project involves physicists, chemists and electronic engineers at Unimore and long-term investments are planned, such as the acquisition of instrumentation for experiments performed at temperatures close to absolute zero. This will allow Unimore to obtain state-of-the-art instrumentation for the development of solid-state quantum computers, an important step for the development of expertise in this sector in the Emilia Romagna region.
Il progetto SMILE-SQUIP, coordinato dal Prof. Marco Affronte del Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche, si inserisce nelle attività del Partenariato esteso nazionale NQSTI (https://nqsti.it/ ) rivolto allo sviluppo delle scienze e delle tecnologie quantistiche. Si tratta di tecnologie di punta nell’era digitale e sulle quali l’Italia ha firmato un patto di cooperazione con gli altri Paesi Europei (https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/library/european-declaration-quantum-technologies).
Dopo un secolo dalla prima formulazione delle teorie, infatti, oggi stiamo vivendo una seconda rivoluzione quantistica la cui sfida è quella di portare la ricerca, fino a ieri portata avanti solo nei più sofisticati laboratori, alla realizzazione di nuove tecnologie per l’era digitale quali i computer, le comunicazioni, i sensori anche inseriti in reti integrate (internet-of-the-things) e capaci di svolgere funzioni con precisione ed efficienza dettati dalla meccanica degli atomi.
“Se vogliamo fare un esempio – suggerisce il Prof. Affronte – una moneta presenta solo due facce che possono essere utilizzate per la codifica binaria. Se la stessa moneta viene fatta girare velocemente come una trottola su un piano, come possiamo immaginare per gli elettroni negli atomi, essa offre più facce che possiamo utilizzare per codificare informazioni su uno spazio a dimensione molto grande. La sfida che ci poniamo è di mantenere il moto coerente dei nostri oggetti quantistici anche al di fuori dei nostri laboratori”.
Il progetto di Unimore SMILE-SQUIP (addressing molecular and donor Spins with MIcrowave puLsEs through Superconducting circuits for QUantum Information Processing) SMILE-SQUIP, finanziato con un bando a cascata del partenariato esteso NQSTI per oltre 760mila euro, si propone di codificare alcune operazioni di calcolo quantistico mediante l’utilizzo di molecole magnetiche e di superconduttori.
L’idea originale prevede l’integrazione di molecole in circuiti superconduttori con l’intento di sfruttare le caratteristiche migliori di ciascun sistema separato: da un lato viene sfruttata la coerenza quantistica della parte magnetica (spin) delle molecole e dall’altra si sfrutta la scalabilità e integrazione di dispositivi superconduttori in circuiti elettrici. Interessanti sono anche possibili ricadute su applicazioni a più ampio spettro. Ad esempio, la tecnologia a microonde che verrà sviluppata potrà essere utilizzata anche per la risonanza magnetica più avanzata.
Il gruppo del Prof. Affronte lavora da venti anni sulla ricerca di molecole magnetiche con alte prestazioni quantistiche ed ha coordinato diversi progetti Europei e internazionali che hanno lanciato l’idea iniziale e promosso la collaborazione tra diversi laboratori.
Il progetto coinvolge fisici, chimici e ingegneri elettronici di Unimore e dati i tempi ristretti del PNRR si concluderà alla fine del 2025. Sono però previsti investimenti a lungo termine e, ad esempio, il finanziamento principale è rivolto all’acquisizione di strumentazione per esperimenti eseguiti a temperature prossime allo zero assoluto. Questo investimento consentirà a Unimore di dotarsi di strumentazione di avanguardia per lo sviluppo di computer quantistici allo stato solido, passaggio importante per lo sviluppo di competenze nel settore in Regione Emilia Romagna.
