Due studi pubblicati su Nature del 30 luglio 2026 portano i computer quantistici al silicio a 18 qubit funzionanti sotto controllo digitale integrato. HRL Laboratories, controllata da General Motors e Boeing, ha impacchettato chip, elettronica di comando e cavi nello stesso criostato a 4 K. Parallelamente il gruppo di Lieven Vandersypen al Politecnico di Delft ha trasportato coerentemente uno spin fra cinque zone di interazione, eseguendo controlli di parità che sono l'ossatura della futura correzione d'errore.
Cosa hanno mostrato davvero i due chip
Il processore HRL ospita 54 quantum dot accoppiati per scambio, distribuiti su tre file: la matrice è riconfigurabile per attivare fino a 18 qubit exchange-only, controllati solo con impulsi digitali in banda base. Dentro il criostato lavora un controller cryo-CMOS collegato al chip da un cavo a nastro superconduttore ad alta densità. Il sistema esegue autonomamente un codice a ripetizione di distanza 5 con sette qubit e un codice di rilevamento errori, senza segnali in tempo reale dall'esterno del refrigeratore. Il miglioramento sulle operazioni a un qubit e sulle porte di entanglement è di circa un ordine di grandezza rispetto allo stato dell'arte precedente degli exchange-only.
A Delft il chip di Vandersypen usa un bus di shuttling per far viaggiare uno spin lungo 1,2 micrometri, fermandolo in quattro stazioni per farlo interagire con altrettanti qubit vicini. Il gruppo ha eseguito controlli di parità di peso quattro, uno stato GHZ a cinque qubit e la connettività di una plaquette di codice di superficie. Sono i mattoni logici da cui deve passare qualunque processore quantistico tollerante agli errori.
Perché il conteggio nasconde il vero salto
Confrontato con l'attuale record del superconduttore, il divario sembra abissale: 1.121 qubit del processore Condor di IBM contro i 18 del silicio. Il rapporto racconta però solo metà della storia. Un quantum dot al silicio misura circa 50 nanometri, un transmon superconduttore attorno a 200 micrometri: quattro ordini di grandezza in dimensione lineare, che si traducono in migliaia di qubit stipabili sulla stessa area di chip. Il collo di bottiglia dei transmoni non è la fisica del qubit ma il cablaggio: Condor ha richiesto oltre un chilometro e mezzo di collegamenti criogenici ad alta densità dentro il refrigeratore per raggiungere i mille qubit. Ogni transmon vuole la sua linea a microonde individuale, e ogni linea porta calore e ingombro nel criostato.
Il chip HRL rompe questo schema. Gli exchange-only qubit si pilotano con impulsi di tensione digitali in banda base, gli stessi che un controllo CMOS sa già generare. Portare il controllo dentro il criostato e collegarlo con un solo cavo a nastro superconduttore rimuove la ragnatela di cavi individuali che sale alla temperatura ambiente. Per un computer quantistico tollerante agli errori servono milioni di qubit fisici: nessuna piattaforma superconduttrice ha oggi una filiera pronta ad arrivarci, mentre il silicio spin può passare per le linee CMOS a 300 mm che già producono i chip commerciali, le stesse fonderie dove il silicio sta cedendo terreno al tandem perovskite nel fotovoltaico.
Cosa cambia per la ricerca italiana
L'Italia è settima al mondo per pubblicazioni di quantum computing, con oltre 4.200 lavori censiti nel report MIMIT sull'ecosistema quantistico italiano. La strada scelta al Cineca è quella degli atomi neutri: la macchina Pasqal da 140 qubit installata nel 2024 resta la più grande del Paese. Sul silicio spin la ricerca è concentrata al CNR-IMM di Agrate Brianza, dentro il tessuto industriale della microelettronica lombarda. Un ecosistema pubblico che negli stessi mesi ha prodotto risultati su fronti diversi, dalle proiezioni climatiche che vedono l'Italia in prima linea ai nuovi bersagli molecolari per il tumore del colon: le stesse fonderie CMOS che oggi producono chip automotive potrebbero, in linea di principio, sfornare matrici di quantum dot. Il nodo è politico, non tecnologico.
Diciotto qubit su una piattaforma industriale valgono più di mille su una che non scala. Il calendario resta lungo, ma per la prima volta la strada verso la correzione d'errore su chip fabbricabile è un percorso di ingegnerizzazione, non un salto materiale.
Domande frequenti
Che cos'ha di innovativo il chip HRL da 18 qubit rispetto ai precedenti processori quantistici?
Il chip HRL integra chip, elettronica di comando e cavi nello stesso criostato, permettendo il controllo digitale dei qubit direttamente a bassa temperatura tramite un controller cryo-CMOS. Questo elimina la necessità di numerosi cablaggi criogenici individuali, migliorando la scalabilità e l'efficienza del sistema.
Quali progressi ha ottenuto il gruppo di Lieven Vandersypen al Politecnico di Delft?
Il gruppo ha trasportato coerentemente uno spin fra cinque zone di interazione, realizzando controlli di parità e uno stato GHZ a cinque qubit. Questi risultati rappresentano passi fondamentali verso la correzione d’errore nei futuri processori quantistici.
Perché il numero di qubit non riflette pienamente il progresso tecnologico tra silicio e superconduttori?
Anche se i processori superconduttori hanno molti più qubit, i quantum dot al silicio sono molto più piccoli e più facilmente integrabili su larga scala. Inoltre, la tecnologia silicio spin può sfruttare le linee produttive CMOS esistenti, facilitando la fabbricazione di chip con milioni di qubit necessari per computer quantistici tolleranti agli errori.
Qual è l’importanza del controllo digitale integrato nel criostato per i chip quantistici?
Il controllo digitale integrato nel criostato consente di gestire i qubit direttamente a bassa temperatura, riducendo drasticamente il numero e la complessità dei collegamenti criogenici. Questo rende più semplice il raffreddamento e la scalabilità dei sistemi quantistici.
Qual è il ruolo della ricerca italiana nel campo del quantum computing e quali sono le prospettive future?
L’Italia è settima al mondo per pubblicazioni sul quantum computing e concentra la ricerca sui silicio spin al CNR-IMM e sugli atomi neutri al Cineca. Le infrastrutture industriali e di ricerca potrebbero favorire la produzione di chip quantistici su larga scala, ma il vero ostacolo è principalmente politico.
