“Dai diamanti non nasce niente” diceva Fabrizio De André in una sua famosa canzone. Ma Shane Eaton, giovane talento canadese alla guida del team di ricerca dell’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del CNR (IFN-CNR) presso il Politecnico di Milano, sta dimostrando che proprio da questo minerale, nella sua versione artificiale e fortunatamente meno costosa, potrà nascere il supercomputer italiano, capace di calcoli incredibili e di misure vicine all’atomo.
Mentre l’Europa si preoccupa per il forte predominio che paesi come Cina e Stati Uniti stanno avendo nella corsa ai super computer, infatti, l’Italia si muove autonomamente e nei laboratori del CNR, a Milano, si lavora già a quello che potrebbe essere il passo successivo, ovvero la messa a punto di un computer quantistico.
Una sperimentazione particolarmente innovativa, di cui vi avevamo già parlato negli scorsi mesi e che sta andando avanti a forte velocità. Il gruppo di lavoro guidato da Eaton, e composto da Roberta Ramponi, direttore dell’IFN-CNR, Vibhav Bharadwaj, Belén Sotillo e Argiro Giakoumaki, ha fatto grandi passi avanti.
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Il diamante diventa computer grazie a percorsi di luce
Il lavoro, svolto in collaborazione con l’Università di Calgary, in particolare con il Professor Paul Barclay, docente di nanotecnologie quantistiche, ha già permesso di realizzare un dispositivo integrato che consente di aumentare enormemente le prestazioni di un computer grazie ai quBit, ovvero ai bit quantistici, a base di diamanti.
“Il primo risultato che abbiamo ottenuto, un anno e mezzo fa – spiega Eaton – è che, primi al mondo, abbiamo fabbricato circuiti ottici dentro il diamante usando il laser. L’idea è quella di modificare diamanti sintetici, dei quali possiamo scegliere la purezza e la forma, e creare dei difetti speciali che possiamo sfruttare come bit quantistici. Poi possiamo collegare i difetti in rete, facendoli dialogare tra di loro tramite percorsi scritti con lo stesso laser. Non con circuiti elettronici, quindi, ma attraverso i fotoni, la luce”.
Un difetto del diamante per far funzionare il computer quantistico
Rispetto ai bit tradizionali dei computer classici, quelli quantistici possono essere usati per fare dei calcoli ultraveloci. In più, i quBit possono essere sfruttati come sensori ultrasensibili per campi magnetici ottenendo una risoluzione nanometrica che assicura performance ottimali in molti settori, a partire dall’imaging medico.
Il team di ricerca coordinato da Eaton è riuscito, quindi, a utilizzare un difetto del diamante (nel reticolo di atomi di carbonio, al posto di due atomi adiacenti si trovano un atomo di azoto e uno spazio libero) per creare quBit particolarmente potenti. Usando un laser il team è riuscito, quindi, a modificare le caratteristiche fisiche del diamante, mettendo in comunicazione tra loro i “difetti” e realizzando una rete 3D di quBit in uno stesso diamante.
Un linguaggio di programmazione tutto da inventare
Una volta creata la base, con una rete di bit quantistici, servirà il linguaggio per programmare. “Dobbiamo capire dove il computer quantistico può essere più vantaggioso – spiega Eaton – e come realizzare i programmi per utilizzarlo al meglio”.
Allo studio, quindi, tutte le possibili potenzialità di queste macchine ultra veloci. “Un computer quantistico non serve per andare su internet – prosegue – ma per avere tante variabili in gioco, per fare calcoli complessi, dove i computer moderni faticano ancora troppo. Non sappiamo ancora quale sarà il futuro, ma capiamo che sarà molto importante”.
Entro tre anni la super risonanza magnetica
Gli obiettivi sono, senza dubbio, molto ambiziosi e se per vedere un computer quantistico saranno necessari una decina di anni, non mancano, però, le possibilità di creare, grazie a queste tecnologie, altre applicazioni in tempi più brevi. Entro tre anni, ad esempio, si potrebbe arrivare a fare un nuovo modello di risonanza magnetica che, grazie ai quBit, potrà dare risultati fino a oggi impensabili.
“Allo studio abbiamo un sensore di campi magnetici – spiega Eaton – che permetterà di rilevare singole molecole, a partire dagli atomi, studiandone la dinamica e la struttura, aspetto fondamentale per le scienze della vita. Per questo, stiamo studiando un sistema che potrebbe battere tutti i record nella sensibilità magnetica, restituendo immagini molto più precise rispetto a quelle fornite dalla risonanza magnetica nucleare. Stiamo provando in questi mesi a creare un primo prototipo che, in tre anni, potrebbe permettere di sviluppare questa nuova tecnologia”.
Il nodo dei finanziamenti: “L’Europa ci aiuti continuare la ricerca”
Nonostante il computer a base di diamanti non sia economicamente inaccessibile, visto che si usano quelli sintetici che hanno prezzi nell’ordine delle centinaia di euro, servono comunque nuovi fondi per poter concludere la ricerca e avviare le sperimentazioni sul campo. Con i primi contributi, ottenuti dal programma SIR Scientific Indipendent of Young Researchers e FemtoDiamante della Fondazione Cariplo e Regione Lombardia, Eaton è riuscito a realizzare il primo laboratorio ma, per continuare gli studi, servono nuovi finanziamenti.
“Il progetto SIR, vinto tre anni fa, ci ha permesso di proseguire la ricerca sul diamante, ma si rende necessario ancora un ultimo sforzo, umano ed economico, per poter portare a termine questa ricerca dalle potenzialità enormi, che finora ci ha portato ottimi risultati e grandi soddisfazioni. Nelle prossime settimane sarò a Bruxelles – spiega – per sostenere un colloquio in merito al prestigioso bando European Research Council (ERC) per le tecnologie quantistiche. Stiamo cercando di entrare nel progetto per aggiudicarci una parte di finanziamenti: è una sfida difficile ma pensiamo di riuscirci visto che abbiamo un 25% di possibilità”.
L’orgoglio del ricercatore: “Sono fiero di lavorare in Italia”
D’altra parte Shane Eaton alle sfide “impossibili” è abituato visto che, nonostante la giovane età, è riuscito ad aggiudicarsi un posto da ricercatore al CNR vincendo un concorso pubblico, davanti a 200 altri candidati. “Avevo deciso di trasferirmi a Milano dieci anni fa grazie al mio amore per la cucina italiana e l’Inter. Qui ho trovato il gruppo più competente al mondo per le microlavorazioni con i laser, gestito dalla Professoressa Ramponi e dal dottor Osellame dell’IFN-CNR di Milano che mi hanno offerto una borsa di tre anni”.
“La mia esperienza qui mi ha reso orgoglioso non solo a livello personale, ma anche per il sistema Italiano, che a mio parere sta migliorando sempre di più. Con dedizione e passione, un ricercatore può avere dei grandi successi in questo paese meraviglioso! Per questo – conclude – sono convinto che questa ricerca, col giusto supporto, si rivelerà un grande successo italiano”.
