Linea di piloti quantistici a semiconduttore "SPINS" avviata con il supporto dell'UE

Il Fraunhofer IPMS svolge un ruolo chiave all'interno di SPINS per la strutturazione ad alta risoluzione degli elementi di qubit e processori. © Fraunhofer IPMS

Ad aprile è stato avviato «SPINS» (Semiconductor Pilot line for Industrial Quantum NanoSystems), una delle sei linee pilota quantistiche europee. Il consorzio coordinato da imec riunisce 25 istituzioni di ricerca europee, partner industriali e gruppi di ricerca accademici, per rafforzare il ruolo di leadership e la sovranità dell'Europa in questo settore strategicamente importante. Il progetto della linea pilota SPINS, dotato di 50 milioni di euro, è stato reso possibile grazie al cofinanziamento del Chips Joint Undertaking (Chips JU) dell'Unione Europea e delle autorità nazionali e regionali degli Stati membri partecipanti.

Il calcolo quantistico si è sviluppato in un settore altamente strategico, la cui rilevanza economica e sociale è in forte aumento. Le applicazioni spaziano da scoperte nella ricerca di farmaci e scienze dei materiali a sistemi di comunicazione ultra-sicuri e sistemi di navigazione di nuova generazione. Tuttavia, persiste ancora un divario tra la ricerca quantistica attuale e i processori quantistici realizzabili, che consentono applicazioni quantistiche significative. La scalabilità del numero di qubit stabili (fino a un miliardo) è la chiave per costruire computer quantistici affidabili e tolleranti agli errori.

Considerata la complessità tecnologica, inclusi il funzionamento criogenico, l'elettronica di controllo ultraprécisa e i processi di produzione altamente specializzati, e considerando l'importanza strategica dei chip quantistici, l'UE ha istituito sei linee pilota quantistiche complementari, ciascuna focalizzata su una specifica piattaforma hardware, per promuovere congiuntamente le tecnologie quantistiche nei settori del calcolo, della comunicazione e della sensoristica. All’interno di questo portafoglio, SPINS è la linea pilota dedicata ai qubit di spin basati su semiconduttori, con l’obiettivo di fornire chip quantistici per applicazioni nel campo del calcolo quantistico.

Imec coordina le attività di questa nuova linea pilota e guida il consorzio europeo di 25 partner, tra cui istituzioni di ricerca come Fraunhofer, VTT e CEA-Leti, industrie (sia grandi aziende come Infineon e Siltronic che PMI e start-up) e gruppi accademici (come TU Delft e l’Università di Jyväskylä), che apportano conoscenze e competenze complementari, con l’obiettivo di tradurre il quadro strategico della legge europea sui chip in azioni concrete.

Tra le prime azioni del consorzio SPINS vi sono ottimizzazioni di processo e di progettazione, per creare una base solida per qubit di spin scalabili, stabili e ad alte prestazioni, su tre diverse piattaforme tecnologiche: Si/SiGe, Ge/GeSi e SOI. SPINS mira a stabilire un percorso dal laboratorio alla produzione attraverso wafer Multi-Project (MPW) e kit di progettazione di processi quantistici standardizzati (PDK), abbassando le barriere all’ingresso per start-up e PMI nella tecnologia quantistica dei semiconduttori e ponendo le basi affinché le aziende europee possano sviluppare precocemente competenze nel settore.

Il Fraunhofer IPMS all’interno di SPINS

Il Fraunhofer IPMS svolge un ruolo chiave nella strutturazione ad alta risoluzione degli elementi di qubit e processore all’interno di SPINS. Tutti i processi litografici che richiedono risoluzioni superiori alle capacità dei metodi ottici vengono eseguiti presso il Fraunhofer IPMS. Ciò consente all’istituto di realizzare strutture precise e riproducibili, essenziali per la funzionalità e la scalabilità dei circuiti quantistici basati su Si/SiGe.

Inoltre, il Fraunhofer IPMS contribuisce in modo decisivo alla stabilità e maturità del processo dell’intera linea pilota, fornendo un’infrastruttura di camera bianca di alta qualità, progettata per processi di produzione di qubit riproducibili e scalabili. I processi applicati presso il Fraunhofer IPMS sono progettati per supportare sia piattaforme Si/SiGe che Ge/SiGe, garantendo più percorsi tecnologici complementari del consorzio SPINS. Inoltre, l’esperienza del Fraunhofer IPMS crea un ponte verso le attività del progetto EU QLSI2, che sperimenta la migrazione a litografia ad alta risoluzione e wafer da 300 mm. Ciò prepara anticipatamente il trasferimento dei risultati della linea pilota SPINS a una futura linea CMOS da 300 mm.

Il Fraunhofer IPMS combina così competenze di ricerca all’avanguardia con maturità di processo industriale, rafforzando significativamente l’indipendenza tecnologica dell’Europa nel settore della tecnologia quantistica dei semiconduttori.

Linee pilota quantistiche per l’Europa

Settori complementari degli sforzi europei nel campo quantistico includono, oltre alla linea pilota basata sui semiconduttori, linee pilota di fotonica per il progetto quantistico «P4Q» (coordinato dall’Università di Twente, NL) – a cui contribuisce anche imec –, qubit a trappola di ioni «CHAMP-ION» (coordinato dal SAL, AT), qubit superconduttori «SUPREME» (coordinato da VTT, FI), chip quantistici a diamante «DIREQT» (coordinato dal CNR, IT) e atomi neutri «Q PLANET» (coordinato da Pasqal, FR).