La società tedesca NVision ha sviluppato una tecnologia di calcolo quantistico basata sull’impiego di singole molecole organiche come unità fisiche di informazione, dimostrando la possibilità di controllarne lo stato quantistico e leggerlo attraverso l’interazione con la luce. I risultati della ricerca sono stati presentati il 28 ottobre 2026 sulla rivista scientifica Nature, attraverso lo studio intitolato A Single-Molecule Spin-Photon Interface. L’approccio utilizza molecole progettate per possedere specifiche caratteristiche elettroniche e ottiche, consentendo di collegare lo spin degli elettroni ai fotoni e realizzare un’interfaccia attraverso la quale inizializzare, manipolare e misurare il qubit. Una delle caratteristiche tecnologiche del progetto riguarda la possibilità di depositare queste molecole sotto forma di film sottili su circuiti fotonici integrati, adottando processi assimilabili a quelli impiegati nella fabbricazione dei display OLED. La prospettiva è quella di utilizzare infrastrutture e tecnologie produttive già disponibili nell’industria dei semiconduttori e dei materiali organici, riducendo la necessità di sviluppare procedure completamente nuove per la realizzazione di circuiti quantistici. NVision intende utilizzare questa proprietà per costruire sistemi nei quali i qubit vengono distribuiti su chip differenti e collegati attraverso segnali ottici, anziché concentrati esclusivamente all’interno di un singolo processore.
La progettazione delle molecole rappresenta uno degli elementi centrali della ricerca. NVision non ha selezionato semplicemente materiali organici già esistenti, ma ha sviluppato strutture molecolari con proprietà quantistiche specifiche, ricorrendo anche a strumenti di intelligenza artificiale per individuare le combinazioni più promettenti. Sono state analizzate circa 200 molecole candidate e oltre 40 sono state effettivamente sintetizzate e sottoposte a verifiche sperimentali. Il processo ha condotto alla selezione di molecole appartenenti alla famiglia dei carbeni, composti caratterizzati da una particolare configurazione elettronica che può essere utilizzata per ottenere stati di spin controllabili. L’obiettivo era combinare due requisiti: mantenere uno stato quantistico sufficientemente stabile da consentire operazioni di elaborazione e ottenere un’interazione ottica adatta a trasferire o leggere l’informazione. La possibilità di progettare la composizione atomica delle molecole e riprodurla attraverso sintesi chimiche controllate costituisce un vantaggio rispetto a soluzioni nelle quali le proprietà dei qubit dipendono da difetti o caratteristiche microscopiche difficili da replicare. NVision punta a utilizzare la riproducibilità della struttura molecolare per ottenere unità quantistiche con caratteristiche uniformi e compatibili con procedure industriali di deposizione.
Il sistema sperimentale utilizza la dipendenza dell’emissione luminosa dallo stato di spin degli elettroni. Le molecole selezionate emettono luce a frequenze differenti in funzione della configurazione quantistica, permettendo di riconoscere lo stato del qubit attraverso una misura ottica. I ricercatori hanno dimostrato un procedimento articolato in tre operazioni fondamentali: inizializzazione mediante laser, manipolazione attraverso impulsi a microonde e lettura finale utilizzando la luce emessa dalla molecola. Secondo NVision, si tratta della prima dimostrazione sperimentale nella quale queste tre funzionalità sono state realizzate sullo stesso qubit costituito da una singola molecola organica. Le misurazioni hanno evidenziato un tempo massimo di mantenimento della coerenza quantistica pari a 2,2 millisecondi, ottenuto attraverso l’applicazione della tecnica di decoupling dinamico, utilizzata per limitare gli effetti delle interazioni indesiderate con l’ambiente. Il passaggio fra differenti stati di spin richiede invece meno di 50 nanosecondi, una velocità che consente teoricamente di effettuare numerose operazioni prima che l’informazione quantistica perda coerenza. I ricercatori stimano che il rapporto tra durata della coerenza e tempo di commutazione possa permettere decine di migliaia di transizioni di stato nell’intervallo disponibile. Gli esperimenti sono stati condotti a una temperatura di circa 4,5 kelvin, corrispondenti a -268,7 °C, e richiedono quindi ancora un ambiente criogenico.
La possibilità di realizzare i qubit come film molecolari sottili rappresenta una differenza importante dal punto di vista della fabbricazione. Le tecniche di deposizione dei materiali organici utilizzate nei pannelli OLED permettono di applicare strati controllati su superfici e dispositivi elettronici, aprendo la prospettiva di integrare molecole quantistiche direttamente su circuiti fotonici già realizzati. NVision intende sfruttare questo principio per collegare i qubit a guide d’onda e componenti ottici capaci di trasportare fotoni tra aree differenti dello stesso chip o fra processori separati. L’architettura prevista punta a distribuire l’elaborazione quantistica su più moduli interconnessi, evitando che l’aumento del numero di qubit richieda necessariamente una concentrazione sempre maggiore di dispositivi e collegamenti di controllo su un unico substrato. L’impiego dei fotoni come vettori di informazione consente di progettare collegamenti tra unità quantistiche senza ricorrere esclusivamente a connessioni elettriche locali. Rimane tuttavia da dimostrare che le proprietà osservate sulle singole molecole durante gli esperimenti possano essere conservate dopo la deposizione e l’integrazione nei circuiti fotonici reali. In particolare, la vicinanza al substrato, l’interazione con gli altri materiali e le condizioni di fabbricazione possono modificare i tempi di coerenza e l’efficienza della lettura ottica.
Per sviluppare la componente industriale della tecnologia, NVision ha annunciato una collaborazione strategica con HyperLight, società statunitense specializzata in semiconduttori fotonici. L’integrazione prevista riguarda i circuiti fotonici basati su niobato di litio a film sottile, indicato con la sigla TFLN, sui quali NVision intende depositare i propri qubit molecolari. Il programma di sviluppo prevede la realizzazione di un primo prototipo di chip integrato nel quarto trimestre del 2026 e una dimostrazione del funzionamento sul circuito fotonico entro la fine dell’anno. L’obiettivo dichiarato per il 2030 consiste nel raggiungimento di un sistema con 1.000 qubit fisici, mentre il traguardo di più lungo periodo riguarda la costruzione di un computer quantistico con 1.000 qubit logici dotati di correzione degli errori. La distinzione è significativa, perché un qubit logico richiede normalmente il coordinamento di più unità fisiche per proteggere l’informazione dagli errori e dalla decoerenza. L’amministratrice delegata Sella Brosh ha indicato l’intenzione di controllare l’intero processo tecnologico, dalla produzione del chip alla deposizione delle molecole, fino all’integrazione dei meccanismi di correzione degli errori, con l’obiettivo di commercializzare computer quantistici completi installabili direttamente nei data center. L’attività di NVision nasce originariamente dallo sviluppo di tecnologie per migliorare la qualità delle immagini nella risonanza magnetica, ambito nel quale l’azienda aveva già acquisito competenze nel controllo dello spin elettronico. La ricerca presentata su Nature rappresenta il passaggio di queste competenze verso una piattaforma di elaborazione quantistica basata su molecole progettate artificialmente, interfacce ottiche e processi di fabbricazione compatibili con la fotonica integrata.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI).