Nei laboratori del Gran Sasso, dispositivi quantistici per progetto internazionale

di Redazione | 27 Agosto 2020, @12:08 | TECNOLOGIA E INNOVAZIONE
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L’AQUILA – È di 115 milioni di dollari il finanziamento del Department of Energy statunitense (DOE) al Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory) di Chicago, il laboratorio selezionato per guidare uno dei cinque centri nazionali che, nell’ambito della National Quantum Initiative degli Stati Uniti, lavoreranno per portare progressi trasformativi nella scienza dell’informazione quantistica
L’annuncio è stato dato oggi, 26 agosto, congiuntamente dalla Casa Bianca, dalla NSF National Science Foundation e dal DOE. 

Il finanziamento, che sarà erogato nell’arco di cinque anni, è destinato al nuovo centro di ricerca Superconducting Quantum Materials and Systems Center (SQMS), con sede al Fermilab e al quale partecipano 20 istituzioni, tra cui l’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare italiano, l’unico partner non statunitense del progetto. Guidato da Anna Grassellino, ricercatrice di origine italiana del Fermilab che ha iniziato la sua carriera all’INFN, SQMS avrà il compito di sviluppare un computer quantistico d’avanguardia con prestazioni mai raggiunte finora basato su tecnologie superconduttive. Il Centro svilupperà anche nuovi sensori quantistici con importanti applicazioni in fisica fondamentale, in particolare nella ricerca sulla materia oscura e altre particelle esotiche. 
L’INFN riceverà un contributo da parte del DOE di circa 1,6 milioni di dollari, e contribuirà al progetto grazie al suo know-how competitivo a livello mondiale in fisica teorica, nelle tecnologie superconduttive e criogeniche e nello sviluppo di rivelatori. Grande importanza nell’ambito di SQMS riveste la realizzazione di una facility per misure, test e validazione di dispositivi quantistici ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN, luogo unico al mondo per attività a bassissime radioattività ambientali e per le riconosciute competenze in ambito criogenico. Inoltre, l’impiego dei dispositivi quantistici realizzati da SQMS consentirà all’INFN di sviluppare rivelatori più sensibili per l’osservazione di particelle esotiche che potranno essere impiegati, per esempio, in esperimenti sulla materia oscura. Ci si aspetta che i risultati del progetto possano aprire la strada a studi teorici più accurati di fisica fondamentale e possano rivoluzionare le metodologie di analisi dei dati dei grandi esperimenti agli acceleratori, inoltre le impressionanti prestazioni di calcolo potranno fornire un contributo sostanziale anche in altri ambiti tecnico-scientifici quali ad esempio la biologia e le biotecnologie. 
“L’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare italiano collabora con successo con il Fermilab da più di 40 anni ed è una grande soddisfazione per noi essere parte dello straordinario team SQMS”, sottolinea Antonio Zoccoli, presidente dell’INFN. “Grazie al suo elevato know-how scientifico e tecnologico, e tenendo conto del ruolo dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, il più grande laboratorio sotterraneo dedicato alla fisica astroparticellare e uno dei luoghi a più bassa radioattività al mondo, l’INFN come partner di questo progetto porterà il suo significativo contributo al progresso non solo della fisica fondamentale ma anche della scienza e della tecnologia quantistiche”, conclude Zoccoli. 
Carlo Bucci, ricercatore presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso e spokesperson dell’esperimento CUORE, dichiara: “La collaborazione con il progetto SQMS apre un nuovo promettente filone di ricerca per i LNGS, che hanno le potenzialità per diventare un centro di eccellenza in questo campo. L’eccezionalità dei laboratori sotterranei unita alle nostre competenze in criogenia delle bassissime temperature e in riduzione della radioattività ambientale, ci pongono in una posizione privilegiata per lo sviluppo e il test di qubit con prestazioni senza precedenti”. 
“Il Fermilab è entusiasta di ospitare il Centro SQMS e di lavorare con questa eccezionale rete di collaboratori”, commenta Nigel Lockyer, direttore del Fermilab. “Questa iniziativa è in linea con la missione del nostro Laboratorio: ci aiuterà a rispondere a importanti domande sulla fisica delle particelle, e al contempo a contribuire ai progressi nella scienza dell’informazione quantistica grazie alle nostre competenze e capacità nelle tecnologie degli acceleratori di particelle, come i dispositivi a radiofrequenza superconduttivi e la criogenia”.

La sfida del quantum computing. Al centro della corsa americana all’efficienza nel quantum computing, che ha un parallelo in Europa con la Quantum Flagship supportata da Horizon 2020 e Horizon Europe, c’è uno dei problemi oggi più importanti nella scienza della computazione quantistica: estendere il cosiddetto “tempo di coerenza”, cioè il tempo in cui un qubit (bit quantistico), mantiene inalterate le informazioni in esso contenute. Comprendere e mitigare le fonti che generano la “decoerenza” dei qubit è di fondamentale importanza per l’ingegneria dei futuri computer e sensori quantistici.

 “Senza affrontare e superare il problema della decoerenza del sistema quantistico non siamo in grado di costruire computer quantistici che risolvano nuovi problemi complessi”, spiega Anna Grassellino, direttrice del centro SQMS del Fermilab. “Lo stesso – prosegue Grossellino – vale per i sensori quantistici, il cui spettro di sensibilità dovrà permetterci di affrontare questioni da tempo irrisolte in molti campi della scienza”. “Il superamento di questa limitazione cruciale avrà un grande impatto in diversi ambiti, dalle scienze della vita alla biologia, dalla medicina alla sicurezza, consentendo inoltre misure di incomparabile precisione e sensibilità nella scienza di base”, conclude la direttrice del SQMS. Le Istituzioni partner del Superconducting Quantum Materials and Systems Center sono: Ames Laboratory del DOE, Colorado School of Mines, Fermi National Accelerator Laboratory, Goldman Sachs, Illinois Institute of Technology, the Italian National Institute for Nuclear Physics, Janis Research, Johns Hopkins University, Lockheed Martin, NASA Ames Research Center, National Institute of Standards and Technology, Northwestern University, Rigetti Computing, Stanford University, Temple University, Unitary Fund, University of Arizona, University of Colorado Boulder, University of Illinois-Urbana Champaign.

 

 


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