Hubert Keiber: "Cerchiamo progetti fermi nella... ‘valle della morte’”

Finalmente, dodici anni di intenso lavoro stanno dando i loro frutti.

I ricercatori del Laboratorio Federale Svizzero per la Scienza e la Tecnologia dei Materiali, con sedi a Thun, San Gallo e Dübendorf, hanno sviluppato materiali al carbonio e al grafene unici con proprietà elettroniche e magnetiche sorprendenti, finora mai raggiunte, che un giorno potrebbero essere utilizzate per costruire computer quantistici con architetture inedite.

Una sovvenzione milionaria della Fondazione Werner Siemens, con sede a Zugo, conferirà a questo progetto visionario un orizzonte di ricerca insolitamente lungo, aumentandone notevolmente le prospettive di successo in un arco temporale di dieci anni.

Hubert Keiber ha conseguito un dottorato in fisica e dal 1983 al 2015 ha ricoperto posizioni dirigenziali presso Siemens Svizzera nonché all’interno delle filiali russa e cinese della multinazionale tedesca specializzata in tecnologie per l’edilizia, tecnologie energetiche, telefonia, automazione, servizi finanziari, trasporti, attrezzature medicali, software ed elettrodomestici.

In qualità di Presidente della Fondazione Werner Siemens, intitolata al fondatore a Berlino il 12 ottobre 1847 del conglomerato industriale che oggi ha un fatturato di 88 miliardi di euro e quartier generale a Monaco di Baviera, guida un consiglio di amministrazione composto da tre membri.

Presidente del Consiglio di Fondazione della Werner Siemens Stiftung, Hubert Keiber è dunque la persona giusta per spiegare perché l’organo direttivo ha deciso di assegnare una sovvenzione di 15 milioni di franchi svizzeri a un gruppo di ricercatori dell’EMPA, ente appartenente al Settore dei Politecnici Federali.

Sostegno “monstre” per la ricerca sui materiali quantistici

Qual è stato il suo primo pensiero quando ha sentito parlare del progetto CarboQuant?

“Il progetto mi è arrivato tramite il nostro comitato consultivo scientifico, che me l’ha raccomandato – o meglio, l’ha raccomandato al Consiglio della Fondazione – come meritevole di finanziamento. Quando ho ricevuto la domanda sulla mia scrivania, mi sono detto, ancora prima di leggerla: ‘Beh, il grafene, c’è stato un Premio Nobel per questo; ma cosa vorreste fare di nuovo, visto che gli argomenti sono ampiamente conosciuti e lavorati. Che cosa c’è di così speciale in questo progetto?’. In realtà, l’aspetto entusiasmante del progetto è che riguarda la geometria di questi nuovi materiali a base di grafene, di cui si possono ‘sintonizzare’ le proprietà elettriche e magnetiche attraverso la geometria delle nano-strisce di grafene, e questo va ben oltre ciò che è stato conosciuto e compreso finora. Quindi è la forma a determinare la funzione, e non la chimica: un modo di pensare completamente nuovo. Tutto ciò mi ha davvero colpito. Per questo motivo, abbiamo invitato Roman Fasel e Oliver e Pierangelo Gröning a dare un’occhiata più da vicino al progetto”

Dalla IBM un processore quantistico “monstre” da ben 433 Qubit

Che cosa cercate principalmente quando esaminate un progetto?

“Guardiamo innanzitutto ai protagonisti, al team, e ci chiediamo: ‘Possono davvero realizzare il progetto, ci dobbiamo davvero fidare di loro? Come si comportano durante la presentazione? C’è un ‘one-man-show’, una persona che parla tutto il tempo mentre gli altri stanno seduti ad ascoltare, oppure interagiscono fra di loro?’ Se assomigliano a lupi solitari, per noi è subito un problema. Cerchiamo progetti altamente interdisciplinari, e questo è piuttosto difficile con una sola persona coinvolta. In altre parole, il gioco di squadra è estremamente importante per noi. Come funzionano in team, c’è la giusta chimica tra di loro? Se così non fosse, in casi estremi rifiuteremmo anche un progetto scientificamente eccellente, e lo abbiamo già fatto in passato”.

Svizzera e USA alleati sempre più stretti nella ricerca quantistica

Nel caso del team CarboQuant, la ‘chimica’ sembra essere stata corretta…

“Si è trattato di una vera presentazione, come la immaginiamo noi. Non si è trattato soltanto di una persona che ha preso l’iniziativa e di altri che hanno letto le parole del capo. Si sono realmente passati la palla l’un l’altro. C’erano tre menti individuali e ognuno aveva la propria opinione indipendente, ed è proprio questo che serve in un progetto così ambizioso. Ci devono essere discussioni e attriti per progredire. È questo che ci ha convinto”.

15 Millionen Franken: So hoch ist der Förderbeitrag der Werner Siemens-Stiftung für das @Empa_CH Projekt #CarboQuant. Dieses soll die Grundlagen für neuartige #Quantentechnologien schaffen.
Hier mehr dazu: https://t.co/DAc9uqSSfj

— Siemens Schweiz (@Siemens_Schweiz) August 16, 2022

Lo scopo della Fondazione Werner Siemens è quello di sostenere progetti di ricerca eccellenti e innovativi, con l’obiettivo di poter utilizzare le innovazioni che ne derivano su scala industriale. Per esempio, state finanziando un bisturi laser a guida robotica per la chirurgia minimamente invasiva o farmaci antivirali. Dove si inseriscono il CarboQuant o la fisica quantistica?

“Innanzitutto, in passato abbiamo già respinto progetti nel campo dei computer quantistici. Oggi si fa ancora molta ricerca puramente di base in questo campo, e questo, esplicitamente, non è un argomento che fa al nostro caso. Tuttavia, non finanziamo nemmeno progetti secondo il paradigma ‘più veloce, migliore, più alto’, ossia quando si tratta ‘soltanto’ di ottimizzare qualcosa che già esiste. Cerchiamo progetti che si trovano nella cosiddetta ‘valle della morte’: la ricerca di base è stata fatta, in questo caso: il grafene esiste ed è conosciuto. E ora qualcuno ha un’idea di che cosa si potrebbe fare con esso, come ad esempio costruire un prototipo, attività per la quale di solito non si riceve ancora capitale di rischio, ma nemmeno più finanziamenti per la ricerca di base, ad esempio dal Fondo Nazionale Svizzero per la Ricerca Scientifica. Molti progetti in quest’area ‘intermedia’ non riescono a decollare perché mancano i finanziamenti. È proprio qui che entriamo in gioco noi e CarboQuant si inserisce perfettamente in tale logica. Queste strutture di grafene molto speciali, le cui proprietà elettroniche e magnetiche possono essere regolate attraverso la loro geometria, la loro forma, potrebbero in futuro consentire la creazione di chip per computer su una base completamente diversa da quella dei computer quantistici di oggi. Tuttavia, i supercalcolatori quantici sono soltanto ‘una delle possibili’ applicazioni di queste strutture di grafene; il computer quantistico è l’obiettivo più lontano, per così dire. Sono convinto che le scoperte e gli sviluppi che verranno fatti lungo il percorso porteranno anche a innovazioni tecnologiche in settori completamente diversi…”.

Verso la comunicazione dati “quantistica” per entanglement

Quali, se è possibile conoscerle?

“I componenti microelettronici e gli elementi di commutazione, per esempio. Il fatto di poter impostare diverse proprietà del materiale attraverso la geometria del grafene è stato decisivo per noi, perché questo approccio completamente nuovo rende possibile lo sviluppo di semiconduttori diversi, cioè non basati sul silicio, per la microelettronica di domani”.

Quindici milioni di franchi svizzeri sono una cifra straordinariamente alta per l’EMPA per un singolo progetto. Anche per la Fondazione Werner Siemens?

“No, questo è esattamente il modo in cui finanziamo i progetti. Per questo motivo sosteniamo ‘soltanto’ tre o quattro progetti l’anno, ma essi sono sovvenzionati con importi compresi tra i 5 e i 15 milioni di franchi, di solito nell’arco di dieci anni…”.

La “ricetta” dell’EPFL per computer quantistici più potenti

Poiché ogni franco può essere speso una sola volta, tale approccio di finanziamento comporta alcuni rischi. Perché seguite questa particolare filosofia di finanziamento?

“Ciò avviene a causa del modo in cui è organizzata la nostra fondazione: abbiamo uno staff molto ridotto e quindi la capacità di esaminare i progetti è analogamente limitata. Se dovessimo lavorare e finanziare molti piccoli progetti, avremmo bisogno di un’organizzazione completamente diversa. La nostra filosofia è: ‘piccolo, ma efficiente’, se vogliamo dire così, e con questo intendo le spese generali del progetto. Non vogliamo sprecare denaro per le spese generali: i soldi devono andare ai progetti di ricerca”.

Mini generatori di elettricità formati da… punti quantici

Quali sono i “vincoli” legati al finanziamento?

“Chiediamo una relazione sullo stato di avanzamento dei lavori una volta l’anno, e poi ne riferiamo noi stessi nella nostra relazione annuale. I ricercatori non devono fare altro. Quando decidiamo di finanziare un progetto, ci assumiamo anche il rischio che possa andare male. Da un lato, il progetto potrebbe morire perché l’idea di base non è realizzabile: fortunatamente non ci è ancora capitato, ma è immaginabile che possa succedere. Ciò che sarebbe peggio, tuttavia, è che il team non sia in grado di realizzare il progetto, nonostante le buone idee che lo sorreggono. Perché in questo caso noi, cioè il consiglio di amministrazione, avremmo commesso un errore. In altre parole: ‘alto rischio, alto guadagno’…”.

Verso computer quantistici compatti grazie alla… topologia

I computer quantistici sono regolarmente sui media, soprattutto in relazione a giganti della tecnologia come IBM, Microsoft o Google. Perché sostenere un piccolo attore come l’EMPA in questa “corsa”?

“Perché il team svizzero vuole pensare e progettare i computer quantistici in modo completamente nuovo, anche dal punto di vista dei materiali. Oggi sono necessari 4 gradi Kelvin, cioè temperature vicine allo zero assoluto, per far funzionare un computer quantistico con, ad esempio, 8 Qubit. E CarboQuant potrebbe consentire di far lavorare tali computer con chip che sembrano normali a temperature molto più alte, forse anche a temperatura ambiente. Un altro punto importante: nell’ambito dell’informatica quantistica, come lei ha giustamente detto, l’Europa non è davvero all’avanguardia. Con CarboQuant, anche noi potremmo dare un contributo a questo importante campo di ricerca”

Verso un neurone artificiale quantistico grazie ai fotoni

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