Il qubit è stato testato a temperature vicine allo zero assoluto sfruttando un’elettronica che invia e controlla segnali con una durata inferiore al miliardesimo di secondo. Le prime misure sul dispositivo, condotte nel laboratorio criogenico a Trento, hanno dimostrato la natura quantistica del circuito, evidenziando che il qubit si comporta proprio come un atomo, con livelli energetici quantizzati.
La sfida è stata imparare a costruire gli elementi più complessi del qubit, chiamati giunzioni Josephson. A questo scopo, è stato studiato e messo a punto uno specifico processo di microfabbricazione nelle Camere pulite della FBK. Si tratta di strutture micrometriche in alluminio composte da sottilissime barriere – con uno spessore nell’ordine del milionesimo di millimetro – attraverso cui coppie di elettroni possono viaggiare grazie al complesso fenomeno del tunnelling quantistico. L’abilità di fabbricare un qubit basato su queste giunzioni dimostra l’eccellenza e il ruolo da protagonista di FBK nel campo dello sviluppo delle scienze e tecnologie quantistiche.
Il team FBK che ha lavorato alla realizzazione del qubit è composto da Felix Ahrens (ricercatore FBK), Nicolò Crescini (ricercatore FBK), Marcello Faggionato (studente Master FBK-Milano-Bicocca), Alessandro Irace (dottorando FBK-Milano-Bicocca), Federica Mantegazzini (ricercatrice FBK e coordinatrice del team) e Benno Margesin (senior fellow FBK).
Il qubit prodotto a Trento è un dimostratore basato sul design di qubit più popolare, il transmon, inventato nel 2007 in un laboratorio statunitense e oggi disponibile in diversi software di design open source.
Il transmon fabbricato a FBK è un layout standard disegnato dal team FBK in collaborazione con i ricercatori dell’INFN di Milano-Bicocca (Coordinatore: Andrea Giachero), anche grazie alle attività di design parallele e complementari nell’ambito dell’esperimento Qub-IT (Coordinatore: Claudio Gatti) finanziato dalla Commissione Scientifica Nazionale 5 dell’INFN.
Le attività di ricerca e i processi di microfabbricazione di circuiti superconduttori alla FBK si avvalgono di un’eredità storica, grazie al lavoro svolto nell'ultimo decennio da Benno Margesin e colleghi e grazie al supporto di progetti regionali, come il progetto JUVENTUS (Coordinatore: Andrea Vinante) finanziato da Q@TN , e progetti nazionali finanziati dalla Commissione Scientifica Nazionale 5 dell’INFN, come DARTWARS (Coordinatore: Andrea Giachero).
La realizzazione del primo qubit superconduttivo in Italia è stata possibile grazie al supporto del progetto nazionale NQSTI (Spoke 6 coordinato da Giuseppe Gorini e Angelo Nucciotti), finanziato dal PNRR, e al progetto europeo Qu-Pilot (Coordinatore: Mika Prunnila), finanziato dall’Unione Europea.
Infine, guardando al futuro, questi circuiti apriranno la strada a diversi esperimenti nazionali, in particolare all’interno della Commissione Scientifica Nazionale 5 dell’INFN, nonchè a progetti internazionali, come il progetto europeo MiSS (Coordinatrice: Federica Mantegazzini, FBK).
