Precisione a livello quantistico

La start-up Germanium Quantum Detectors sviluppa un rivelatore di fotoni a base di germanio, più economico e più flessibile rispetto ai prodotti tradizionali. (Immagine: Nico Scheller)

A causa delle sue dimensioni compatte, offre una vasta gamma di possibilità di applicazione. I fondatori vogliono produrre i loro innovativi fotodetettori germanio-su-silicio anche per i produttori nel settore della guida autonoma e per il settore della tecnologia medica. (Immagine: Nico Scheller)

Il team fondatore da sinistra a destra: Maurice Wanitzek, Claudia Bett, Dr. Maximilian Scheu e Jakob Finkbeiner. (Immagine: Nico Scheller)

Sensori di luce altamente sensibili sono necessari, tra le altre cose, nella comunicazione quantistica, nella tecnologia medica e per la guida autonoma. Ricercatori dell'Istituto di Tecnologia dei Semiconduttori (IHT) dell'Università di Stoccarda hanno sviluppato un rivelatore fotonico a base di germanio, più economico e più flessibile rispetto ai prodotti tradizionali. Per rendere questa tecnologia commercializzabile, quattro giovani ricercatori stanno fondando la startup «Germanium Quantum Detectors».

«LabOne» si trova su un modesto cubo di metallo grigio con soli otto centimetri di lato. All’interno del prototipo si trova un’alta tecnologia destinata a stabilire nuovi standard di mercato: un microchip su cui sono collegati quattro cosiddetti «Single-Photon Avalanche Diodes» (SPAD). Con questo sensore di luce altamente sensibile, è possibile misurare singoli fotoni, le particelle di luce più piccole, e il momento preciso del loro arrivo. I rivelatori fotonici in silicio sono oggi impiegati in molti settori, tra cui le telecamere 3D dei moderni sistemi di assistenza alla guida. La particolarità di questa novità, compatibile con la produzione standard di semiconduttori, è l’uso di piccole quantità di germanio. Questo materiale assorbe la luce nell’infrarosso, offrendo grandi vantaggi, tra cui la guida autonoma: con rivelatori fotonici a base di germanio, gli ostacoli vengono riconosciuti più rapidamente e con maggiore precisione anche a distanze maggiori e in condizioni di scarsa visibilità – un enorme miglioramento in termini di sicurezza.

Rivelatori fotonici a base di germanio più compatti e più facili da produrre

Perché tali rivelatori non sono già ampiamente utilizzati? Una risposta si trova osservando un laboratorio dell’Istituto di Tecnologia dei Semiconduttori (IHT) dell’Università di Stoccarda: lì si trova un sistema di raffreddamento grande quanto un minibar, in cui il prototipo potrebbe entrare circa trenta volte. I rivelatori tipici per singoli fotoni devono essere raffreddati a quasi -270°C per evitare distorsioni del segnale. Il nuovo rivelatore germanio-su-silicio raggiunge lo stesso livello di qualità già a -10/-20°C. Ciò significa non solo un rapporto costo-utilità molto migliore, ma anche, grazie alle sue dimensioni ridotte, una vasta gamma di applicazioni possibili.

Dal laboratorio alla pratica

Maurice Wanitzek, che ha sviluppato in modo determinante questa tecnologia presso l’IHT, vuole ora portarla nella realtà insieme a tre cofondatori. «Durante il mio dottorato, molti partner industriali mi hanno detto che trovavano il prodotto interessante e che avrebbero voluto acquistarlo. Come ingegnere, sogno naturalmente che il mio sviluppo abbia un’utilità reale e non finisca in un cassetto. Così è nata l’idea di fondare una startup.» Wanitzek si è rivolto all’iniziativa di trasferimento tecnologico (TTI GmbH) dell’Università di Stoccarda per valutare le possibilità di successo. «Il risultato mi ha incoraggiato e anche i passi successivi sono stati molto supportati dalla TTI.» Un coach lo ha informato del programma di trasferimento di ricerca EXIST e lo ha aiutato a preparare la candidatura. Inoltre, Wanitzek ha partecipato a workshop del Transfer Center dell’università (TRACES) per futuri imprenditori: «Questo scambio è stato molto utile. E il fatto di dover presentare le nostre idee in dieci minuti ha facilitato molto la preparazione del pitch per la candidatura a EXIST», afferma.

«Supportiamo imprenditrici e imprenditori con servizi di consulenza e finanziamenti su misura, aiutandoli a trasformare le loro idee coraggiose in realtà», afferma il professor Alexander Brem, prorettore per il trasferimento e l’internazionalizzazione dell’Università di Stoccarda. «Il team di Germanium Quantum Detectors dimostra come si possano promuovere innovazioni in un settore del futuro e che vale la pena fare il passo verso l’imprenditorialità.»

Un finanziamento di circa 1,2 milioni di euro nell’ambito del programma di supporto EXIST, della durata di due anni, dà al team di quattro fondatori la spinta necessaria per sviluppare ulteriormente la tecnologia fino alla commercializzazione. I fondatori Maurice Wanitzek, esperto di microelettronica, il progettista di circuiti Jakob Finkbeiner, Claudia Bett, fisica specializzata in ottica e integrazione di sistemi, e il dottor Maximilian Scheu, economista specializzato in imprenditorialità, hanno il loro ufficio presso l’IHT. Collaborano anche strettamente con l’Istituto di Microelettronica di Stoccarda IMS-CHIPS. In questa camera bianca altamente specializzata vengono prodotti i rivelatori fotonici fino a nuovo avviso. I fondatori continuano anche a usufruire dei workshop di TRACES, recentemente su diritto societario.

Costruire qualcosa di nuovo con molta libertà di progettazione

«Abbiamo suddiviso i compiti nel team in base alle nostre aree di competenza e impariamo moltissimo gli uni dagli altri», dice Claudia Bett. Nonostante un’offerta dal settore industriale, ha deciso di dedicarsi alla startup: «Preferisco lavorare in autonomia piuttosto che sotto controllo esterno. Costruire qualcosa di nuovo insieme offre molta libertà di progettazione.» I primi clienti sono già stati conquistati: ricercatori che sviluppano applicazioni di crittografia quantistica a pochi edifici di distanza. Poiché le unità di informazione elementari (qubit) vengono trasmesse tramite fotoni, hanno bisogno di sensori di luce altamente sensibili.

Nella prossima fase, i quattro fondatori vogliono produrre per i produttori nel settore della guida autonoma e, a medio termine, anche per il settore della tecnologia medica: i loro rivelatori fotonici possono essere utilizzati, ad esempio, nella spettroscopia infrarossa. Attualmente, il team sta conducendo numerosi colloqui con aziende. La sfida principale, secondo Wanitzek, consiste nel trovare tanti clienti con esigenze simili sul prodotto, affinché la produzione sia sostenibile: «Speriamo di essere in utile entro cinque anni – e che, grazie al nostro esempio, altri si motivino a fondare imprese.»