È italiano il primo chip fotonico su microprocessore quantistico: lo svela Ephos a Milano

I chip fotonici basati sul vetro sono dispositivi avanzati che utilizzano la luce (fotoni) al posto degli elettroni per trasferire e processare le informazioni. Questi chip sfruttano le proprietà ottiche del vetro come substrato, integrando circuiti fotonici per realizzare funzionalità che, nei dispositivi tradizionali, sono gestite ricorrendo all’elettronica.

Ephos, azienda con sede a Milano, spin-off del Consiglio Nazionale delle Ricerche, ha inaugurato il primo impianto al mondo per la progettazione e produzione di chip fotonici quantistici su vetro. Si tratta di una struttura all’avanguardia, situata proprio nella città meneghina, frutto di un recente round di investimenti del valore di circa 7,6 milioni di euro. A guidare il finanziamento è la statunitense Starlight Ventures, con il supporto di importanti venture capital ed angel investors.

Anche la NATO e il Consiglio Europeo per l’Innovazione (EIC) hanno contribuito al finanziamento. Con Ephos che è stata una delle 10 aziende selezionate tra oltre 1.300 candidati per ottenere i fondi del programma di accelerazione dell’EIC, a dimostrazione del suo elevatissimo potenziale strategico.

Cos’è un chip fotonico su microprocessore quantistico e qual è il ruolo di Ephos

La struttura di Milano, oltre ad essere un centro di ricerca, è anche un impianto che consente la scalabilità delle tecnologie proprietarie di Ephos, fornendo le risorse necessarie per la produzione su larga scala. Ephos si inserisce in un trend emergente, se non addirittura pionieristico, che vede i produttori di chip spostarsi dalle tecnologie basate sul silicio a quelle basate sul vetro, in particolare nel settore dei chip fotonici.

Il vetro è un materiale ideale per i chip fotonici grazie alla sua trasparenza, capacità di trasmissione ottica e resistenza alle alte temperature. È particolarmente adatto per ospitare guide d’onda ottiche, che sono i percorsi lungo i quali viaggiano i fotoni nel chip. A differenza del silicio, comunemente usato nell’elettronica, il vetro permette una trasmissione più efficiente dei segnali ottici, riducendo la dispersione e la perdita di segnale.

La tecnologia apre all’uso di impulsi laser ultraveloci, della durata di pochi femtosecondi (un femtosecondo è un milionesimo di miliardesimo di secondo), per creare strutture ottiche all’interno del vetro. È perciò possibile modellare con grande precisione le guide d’onda e altre componenti ottiche direttamente nel vetro, senza la necessità di maschere o processi di incisione complessi come avviene per i semiconduttori tradizionali (ne parliamo nell’articolo su come funziona un processore).

I vantaggi dei chip fotonici basati sul vetro

I chip fotonici basati sul vetro integrano vari componenti fotonici, come guide d’onda, risonatori, filtri e accoppiatori. Questa integrazione permette la creazione di circuiti ottici compatti in grado di eseguire operazioni complesse, come la trasmissione di dati, il routing degli stessi e la modulazione della luce.

I fotoni, a differenza degli elettroni, possono viaggiare a velocità maggiori e coprire distanze più lunghe con minore perdita di energia. I chip fotonici basati sul vetro possono quindi trasmettere informazioni con minore attenuazione del segale e una inferiore dissipazione di calore rispetto ai circuiti elettronici convenzionali.

D’altra parte, i fotoni non generano resistenza come gli elettroni nei circuiti tradizionali. Si riducono quindi drasticamente i consumi energetici, rendendoli particolarmente adatti per applicazioni che gestiscono importanti volumi di dati: reti di telecomunicazioni, data center e calcoli quantistici.

Applicazioni dei chip fotonici

Nell’ambito delle telecomunicazioni, i chip fotonici possono essere sfruttati per trasmettere dati attraverso fibre ottiche a velocità molto elevate. La capacità di gestire grandi volumi di dati senza perdita di segnale li rende fondamentali per l’infrastruttura delle reti 5G e delle future 6G.

Nel calcolo quantistico, i chip fotonici basati sul vetro giocano un ruolo cruciale, poiché i fotoni sono utilizzati come qubit, le unità fondamentali di informazione quantistica. Proprio in forza della loro capacità di mantenere la coerenza quantistica e di essere manipolati senza interferenze elettriche.

Ancora, i chip fotonici possono essere utilizzati in sensori avanzati, in grado di rilevare con grande precisione variazioni di temperatura, pressione o altre proprietà fisiche. E ciò grazie alla sensibilità dei circuiti fotonici alla luce e alla loro capacità di operare in ambienti difficili.

Con il crescente bisogno di infrastrutture computazionali più veloci e sostenibili, i chip fotonici basati sul vetro rappresentano una delle soluzioni più promettenti. La combinazione della loro efficienza energetica, la capacità di trasmettere informazioni con velocità e precisione, la scalabilità, li rende essenziali per lo sviluppo delle tecnologie emergenti, come l’intelligenza artificiale, la realtà aumentata e il calcolo distribuito.

Per quali campi applicativi sono progettati i chip di Ephos?

I chip di Ephos sono appunto studiati per applicazioni ad alte prestazioni nei campi del calcolo quantistico, delle comunicazioni e dei dispositivi di rilevamento.

La perdita di segnale è da sempre un ostacolo chiave nello sviluppo dei computer quantistici. Con i chip fotonici di Ephos, sembra che il quantum computing possa progredire a grandi passi, facendo leva su prestazioni superiori derivanti dall’uso di substrati in vetro e da un innovativo design tridimensionale, supportato dalle nuove capacità produttive.

Andrea Rocchetto, CEO e co-fondatore di Ephos, sottolinea come il passaggio dal silicio al vetro e alla fotonica possa trasformare tanti settori, ben oltre il calcolo quantistico e l’intelligenza artificiale. Secondo Rocchetto, la tecnologia di Ephos è in grado di affrontare simultaneamente le sfide legate al consumo energetico e alle prestazioni, costruendo sia le capacità di elaborazione sia quelle di comunicazione su una base di vetro, superando le limitazioni delle soluzioni attuali.

Nonostante il futuro del settore sia ancora incerto e la competizione con giganti come AMD, Intel, Samsung e SK hynix sia agguerrita, Ephos ha posto le basi per sfidare il paradigma tradizionale della produzione di chip. Seppur una piccola realtà nel vasto mondo della tecnologia su vetro, ha iniziato il suo percorso con solide fondamenta e ambizioni pragmatiche.

Credit: Le immagini pubblicate nell’articolo sono di Ephos.