Il futuro dei computer quantistici passa dalla stessa tecnologia dei chip a 2 nm

In occasione dell'ITF World, imec ha annunciato la realizzazione del primo dispositivo basato su quantum dot qubit (o qubit a punto quantico) fabbricato mediante litografia High-NA EUV, una tecnologia alla base della futura produzione di semiconduttori avanzati. Secondo il centro di ricerca belga, si tratta del primo hardware quantistico integrato sviluppato sfruttando questa generazione di litografia estrema ultravioletta.

Il risultato rappresenta un passaggio importante per il percorso di industrializzazione del quantum computing, settore che necessita di incrementare drasticamente il numero di qubit integrabili e la loro affidabilità operativa. I computer quantistici vengono infatti considerati particolarmente promettenti per problemi computazionali molto complessi, come simulazioni fisiche avanzate o progettazione di nuovi farmaci, ambiti nei quali potrebbero superare significativamente i sistemi tradizionali.

Tra le varie architetture oggi in fase di sviluppo, gli spin qubit basati su quantum dot al silicio vengono ritenuti uno degli approcci più compatibili con la produzione industriale. Il motivo è legato alla possibilità di sfruttare processi produttivi derivati dal mondo CMOS, cioè gli stessi utilizzati per i semiconduttori convenzionali.

Secondo imec, proprio questa compatibilità consentirebbe di riutilizzare gran parte dell'ecosistema produttivo già sviluppato dall'industria dei chip, accelerando il passaggio da prototipi di laboratorio a piattaforme realmente scalabili.

Dal punto di vista tecnico, i quantum dot qubit in silicio intrappolano un elettrone all'interno di una nanostruttura di silicio, sfruttandone lo stato di spin per memorizzare informazione quantistica. Uno degli aspetti più critici riguarda la distanza tra gli elettrodi di controllo: ridurre il gap permette infatti di limitare il rumore ambientale e migliorare l'interazione tra qubit adiacenti.

Il team di ricerca è riuscito a realizzare una rete funzionante di qubit con spaziature di appena 6 nanometri tra i gate. Una miniaturizzazione di questo livello potrebbe teoricamente consentire l'integrazione di milioni di qubit su un singolo chip, requisito considerato essenziale per costruire computer quantistici realmente utili su larga scala.

La litografia High-NA EUV gioca un ruolo centrale proprio nella precisione del patterning su scala nanometrica. L'aumento della forza di accoppiamento tra quantum dot vicini cresce infatti in modo esponenziale con la riduzione della distanza reciproca, rendendo necessario un controllo estremamente accurato durante la produzione.

Il progetto nasce dall'evoluzione di precedenti lavori di imec sui qubit al silicio, che avevano già dimostrato come processi compatibili con la manifattura CMOS potessero garantire stabilità operativa e riduzione del rumore elettrico. L'introduzione della litografia High-NA EUV sposta ora l'attenzione verso dispositivi riproducibili e compatibili con linee produttive da 300 mm, elemento chiave per una futura produzione industriale.

L'annuncio evidenzia inoltre come la High-NA EUV, tecnologia sviluppata principalmente per chip logici sotto i 2 nanometri e memorie ad alta densità destinate ai carichi AI e HPC, possa trovare un ruolo strategico anche nell'hardware quantistico di nuova generazione.