Parlaci di Quantopticon e dei problemi che speri di risolvere per la comunità quantistica.
Mirella Koleva, amministratore delegato: Come fisici quantistici, scienziati dei materiali e ingegneri, stiamo lavorando insieme per costruire i cosiddetti dispositivi “quantici 2.0” che sfruttano le proprietà di sovrapposizione ed entanglement. Ma dobbiamo comprendere i processi fisici fondamentali che si verificano all’interno di questi dispositivi prima di poterli progettare meglio, quindi in Quantopticon stiamo sviluppando un software di simulazione che predice accuratamente le interazioni luce-materia nel regno quantistico. Il nostro software è concepito per essere una piattaforma per la progettazione e l'ottimizzazione di componenti, reti e dispositivi fotonici quantistici allo stato solido.
Come ti è venuta l'idea di avviare l'azienda?
Gaby Slavcheva, direttore scientifico: Avendo lavorato per molti anni nel campo dell'ottica quantistica e non lineare dei semiconduttori, ero a conoscenza dei metodi per modellare e simulare i laser. Tuttavia, i laser sono dispositivi classici in termini di statistica della radiazione che emettono, e negli ultimi anni abbiamo assistito a grandi progressi verso la realizzazione fisica del paradigma di calcolo quantistico di Richard Feynman basato su fragili proprietà quantistiche come la coerenza quantistica, la sovrapposizione e l’entanglement. Gli sforzi di ricerca globale sono ora concentrati sullo sviluppo di queste tecnologie di prossima generazione e, in definitiva, su un computer quantistico universale.
La modalità di calcolo quantistico fotonico presenta grandi vantaggi in termini di scalabilità e velocità rispetto ad altre architetture di calcolo quantistico. Ma la teoria e la modellizzazione di questi effetti quantistici di tipo 2.0 sono agli inizi e sono necessari strumenti computazionali avanzati per prevedere le prestazioni dei dispositivi basati su piattaforme fotoniche. Quindi Mirella e io abbiamo deciso di fondare Quantopticon per rispondere a questa crescente esigenza e alla mancanza di tali strumenti di modellazione in particolare per la fotonica quantistica. Il nostro obiettivo è accelerare l’avvento di innovativi dispositivi quantistici 2.0 e facilitarne l’adozione diffusa.
Qual è stato il catalizzatore che ti ha fatto dire: "Giusto, avvieremo un'azienda insieme?"
MK: Penso che negli ultimi cinque anni ci sia stato un naturale aumento della disponibilità delle tecnologie quantistiche. Quando abbiamo fondato l’azienda nel 2017, stavamo anticipando questo progresso e abbiamo pensato: “Questo è il momento in cui dobbiamo davvero lanciarci e metterci in gioco per cavalcare quest’onda”. Quindi abbiamo scelto il momento giusto.
Abbiamo piani molto ambiziosi per sviluppare la nostra suite software in modo da poter davvero fare la differenza nei vari sottosettori dell’industria della tecnologia quantistica
Parte del cavalcare l’onda, ovviamente, è ottenere finanziamenti. Come hai fatto?
MK: Nei primissimi giorni, abbiamo richiesto finanziamenti a Innovate UK, l’agenzia per l’innovazione del Regno Unito, che fornisce sovvenzioni per imprese innovative come la nostra. Abbiamo collaborato con sperimentali leader a livello mondiale nel campo dell’optoelettronica quantistica presso l’Università di Oxford ed esperti di nitruro di gallio presso l’Università di Cambridge e abbiamo scritto insieme una proposta di progetto. L’idea era di utilizzare punti quantici di nitruro di indio e gallio incorporati nelle cavità dei micropilastri di nitruro di gallio come banco di prova per il nostro software. Il finanziamento ottenuto da Innovate UK ci ha anche aiutato a sviluppare un'interfaccia utente grafica per il nostro software e ad accelerare il codice sottostante.
L’ostacolo finanziario più grande per noi – in effetti, l’ostacolo più difficile che abbiamo dovuto superare – è stato cercare di ottenere finanziamenti successivi dopo la conclusione del progetto Innovate UK. Abbiamo avuto un deficit di finanziamento durante la crisi pandemica COVID ed è stato un momento davvero difficile. Per quasi tre anni abbiamo fatto ripetutamente domanda a Innovate UK e ad altre agenzie di finanziamento governative del Regno Unito, al punto che abbiamo trascorso la maggior parte del nostro tempo a scrivere proposte di sovvenzione piuttosto che a sviluppare l’azienda. Ma queste proposte di sovvenzione alla fine non furono scelte per il finanziamento. Questo è stato davvero un punto basso. Ci siamo così scoraggiati che abbiamo iniziato a cercare finanziamenti dall’estero.
Dopo alcuni sacrifici, grinta e assoluta determinazione, l’Agenzia spaziale europea è venuta in nostro soccorso commissionandoci la progettazione di componenti per il primo satellite europeo di crittografia quantistica. Più o meno nello stesso periodo, abbiamo vinto una notevole somma di denaro da Duality, un programma di accelerazione di start-up con sede presso l’Università di Chicago negli Stati Uniti che si concentra su iniziative radicate nelle tecnologie quantistiche. Eravamo l'unica azienda non statunitense ad essere accettata nel programma e il trasferimento a Chicago era parte dei requisiti, quindi rimarrò negli Stati Uniti almeno fino ad agosto 2022. Infine, a gennaio ci è stata assegnata un'ulteriore piccola somma da lo SPIE nella competizione Startup Challenge al Photonics West. È un po’ ironico e un po’ triste che stiamo ottenendo così tanto riconoscimento dal resto del mondo, ma non dal nostro paese d’origine. Speriamo che questo cambi.
In che modo Duality ti ha aiutato?
MK: Ha fornito un vasto supporto, tutoraggio e corsi, nonché opportunità di metterci in mostra in occasione di eventi e summit di alto profilo. È stato incredibilmente gratificante far parte sia di Duality che dell’altro programma di accelerazione di start-up a cui partecipiamo, che ha sede presso l’Università di Toronto, in Canada, e si chiama Creative Destruction Lab. I due programmi hanno modalità completamente diverse di sostenere le imprese e si completano a vicenda. Siamo molto fortunati ad essere presenti in entrambi allo stesso tempo.
Quali ritieni siano le principali sfide per il campo della tecnologia quantistica nel suo complesso?
GS: La principale sfida tecnica è senza dubbio la realizzazione fisica di un computer quantistico universale. Un utile computer quantistico fotonico in grado di dimostrare un vantaggio quantistico rispetto al calcolo classico ha bisogno di almeno un milione di qubit interconnessi per fornire un sovraccarico per la correzione degli errori quantistici. Tali architetture su larga scala richiedono operazioni e interconnessioni ultraveloci, da qui la richiesta da parte dell’industria di sviluppare componenti quantistici ad alta velocità e alta fedeltà come le sorgenti di luce quantistica.
Sviluppare il tipo di architettura veloce e scalabile necessaria per garantire l’entanglement di un gran numero di qubit con decoerenza minima e correzione degli errori ottimizzata è un compito formidabile che viene attualmente attaccato da molti punti di vista e su diverse piattaforme informatiche. Riteniamo che creando modelli fisici affidabili dei fenomeni quantistici e strumenti di progettazione computerizzata per la fonetica quantistica integrata su un chip, possiamo contribuire a sviluppare singoli componenti altamente performanti. Questi componenti devono quindi essere intrecciati e anche in questo caso la modellazione computazionale può aiutare, in modo simile al modo in cui gli strumenti di automazione della progettazione elettronica vengono utilizzati oggigiorno come una cosa ovvia nella progettazione di circuiti elettronici.
MK: Dal punto di vista aziendale, la sfida principale in questo campo è che l’industria quantistica è ancora emergente e non è chiaro come crescerà in futuro e come si svilupperà. Anche i più grandi esperti non sono sicuri di cosa accadrà dopo. Quindi è molto impegnativo per un nuovo imprenditore come me, che non ha molta esperienza in questo settore, pianificare, e soprattutto fare piani a lungo termine, su come la nostra azienda si svilupperà nei prossimi anni. Siamo consapevoli che dobbiamo essere molto agili per rispondere rapidamente e cogliere le opportunità quando si presentano ed essere alla ricerca di novità.
A cosa stai lavorando adesso e cosa pensi di fare nei prossimi mesi?
GS: Attualmente stiamo lavorando alla progettazione, modellazione e ottimizzazione di sorgenti di fotoni singoli basate su punti quantici semiconduttori incorporati in cavità ottiche. Puntiamo a sfruttare l'elettrodinamica quantistica delle cavità e i fenomeni coerenti per produrre sorgenti a fotone singolo di alta qualità. Speriamo anche di descrivere una gamma più ampia di sistemi quantistici, come gli spin nel silicio, i difetti nei materiali 2D o i centri di azoto vacante nei nanodiamanti incorporati in strutture fotoniche. Siamo interessati alle geometrie delle guide d’onda con accoppiatori, piastre, rotori, interferometri Mach-Zehnder e diversi tipi di cavità ottiche come cristalli fotonici, micro-risonatori e altri.
Ma i nostri piani a lungo termine sono quelli di affrontare il problema della generazione di stati entangled a più fotoni, necessari per realizzare un computer quantistico. Vogliamo ottimizzare queste sorgenti entangled a più fotoni dal punto di vista sia della geometria che delle proprietà del sistema quantistico.
Esistono molti modi diversi per creare qubit e ne hai menzionati molti proprio ora. Immagino che essere neutrali rispetto ai qubit debba essere uno dei vantaggi di essere un'azienda di software quantistico piuttosto che un'azienda di hardware.
GS: Sì, ma ci stiamo concentrando sulla piattaforma di calcolo quantistico fotonico perché crediamo fermamente che il futuro del calcolo quantistico risieda nella fotonica quantistica integrata su un chip. Questo è il modo in cui possiamo produrre architetture scalabili; è un modo naturale e ha già funzionato nel campo dell’elettronica, quindi dobbiamo tenerne conto. Abbiamo molte più probabilità di ottenere un’integrazione su larga scala utilizzando tecnologie mature e di semiconduttori.
MK: Il nostro software è applicabile anche agli atomi neutri, quindi anche aziende come ColdQuanta che stanno costruendo computer quantistici da atomi neutri ci interessano, e abbiamo piani molto ambiziosi per sviluppare la nostra suite software in modo da poter davvero fare la differenza nei vari sottosettori dell’industria della tecnologia quantistica. Ma questo è più avanti nella nostra tabella di marcia, e Gaby ha ragione quando dice che ci stiamo concentrando sulla modalità fotonica per l’implementazione fisica dei qubit, perché finora non è stata ben affrontata. Stiamo cercando di porre rimedio a questo problema e di assicurarci di poter davvero sviluppare tali sistemi in modo corretto e soddisfare le esigenze dei nostri clienti in modo appropriato in modo che siano soddisfatti del servizio che ricevono da noi.
Mirella Koleva è l'amministratore delegato e Gaby Slavcheva è il direttore scientifico di Quantopticon.
Il post Cavalcare l'onda nella fotonica quantistica apparve prima Mondo della fisica.
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