Sapere Scienza

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Memorie superconduttive più stabili per i computer del futuro

15 Ottobre 2021 di 

Ricercatori del Cnr-Nano in collaborazione con la Scuola Normale Superiore hanno realizzato una memoria a superconduttore di nuova concezione, più stabile e robusta, per la futura computazione ultraveloce. Lo studio è pubblicato su Nature Communications.

 

Sempre più vicini alla tecnologia del futuro


Una nuova elettronica criogenica basata su metalli superconduttivi promette nel prossimo futuro di aumentare notevolmente la potenza di calcolo dei computer moderni con approcci che utilizzano la fisica quantistica (computer quantistici) o con processori classici di nuova generezione ultra-veloci (super computer). Mentre il primo approccio è ancora agli albori, i supercomputer sono già in una fase prototipale con processori superconduttivi che operano fino a 700 GHz, cioè 200 volte più velocemente dei computer moderni. Per diventare una realtà i computer a superconduttori necessitano di memorie superconduttive stabili e di dimensioni ridotte.
I ricercatori dell’Istituto di nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Nano), presso il Laboratorio NEST della Scuola Normale Superiore a Pisa – Nadia Ligato, Elia Strambini e Federico Paolucci, coordinati da Francesco Giazotto – hanno sviluppato una memoria superconduttiva di nuova concezione che è risultata estremamente stabile, mantenendo il proprio stato per molte ore.

 

Memorie a superconduttori


Poiché le memorie a superconduttore sono molto sensibili al rumore esterno che deteriora il loro stato, la sfida è progettare nano-dispositivi stabili e protetti dalle perturbazioni. Una tipologia molto diffusa di memorie superconduttive è basata su micro-circuiti metallici a forma di anello in cui le correnti superconduttive circolano costantemente in senso orario o antiorario, senza dissipazione di energia. Il verso di percorrenza determina lo stato logico della memoria, il classico 0 o 1 dei bit dei computer, che purtroppo sotto l’influsso di campi elettrici o magnetici generati nell’ambiente di lavoro può essere deteriorato creando quindi errori durante la fase di calcolo del computer.
Nella nuova cella di memoria sviluppata al NEST è stata creata una costrizione lungo il percorso dell’anello formata da un nanofilo di alluminio che ha permesso di proteggere le correnti superconduttive dal rumore elettromagnetico per mezzo di una forte barriera quantistica nota come “phase-silp barrier”. Ciò ha reso lo stato logico robusto e poco sensibile ai disturbi come hanno dimostrato le misure fatte: si è visto che la memoria conserva il suo stato inalterato per almeno tre giorni.


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Quella messa a punto dai ricercatori è inoltre tra le prime memorie superconduttive a dimensioni ridotte. Per ora è un prototipo che dimostra la fattibilità della nostra intuizione. Ulteriormente sviluppata e resa scalabile in matrici di molti bits, questa memoria potrebbe essere impiegata nei supercomputer di nuova generazione che necessitano di memorie RAM efficienti.
Il gruppo di ricerca coordinato da Giazotto, presso il NEST, utilizza tecniche criogeniche di avanguardia che, unite alla fabbricazione della nanotecnologia, lo rendono uno dei pochi gruppi a livello mondiale in grado di effettuare simili misure di elettronica quantistica dei superconduttori. La ricerca continua!

 

Copertina: immagine a microscopio elettronico della memoria superconduttiva formata da un anello di alluminio, evidenziato in giallo, interrotto da un nano-filo di alluminio, evidenziato in verde.

 

Elia Strambini

Elia Strambini si è laureato in Fisica all’Università di Pisa. Dopo la laurea ha fatto un dottorato alla Scuola Normale Superiore, studiando nanotecnologie quantistiche basate su sistemi semiconduttivi. Ha fatto ricerca per tre anni in Olanda, presso il gruppo di Nanoelettronica della Twente University e oggi lavora come ricercatore all’Istituto di Nanoscienze del CNR di Pisa.

9788822094513   settembre-ottobre 2021

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