imec coordina un consorzio da 25 partner e 50 milioni di euro per rendere accessibile la produzione di spin qubit su semiconduttore. Il modello: Multi-Project Wafer e PDK quantistici, gli stessi strumenti che hanno standardizzato il design dei chip classici.
Una linea pilota, non un laboratorio di ricerca
Il calcolo quantistico ha un problema di infrastruttura. I gruppi universitari dimostrano qubit funzionanti in condizioni controllate; le aziende chiedono processi stabili, documentati e accessibili a più team contemporaneamente. In mezzo, c’è un vuoto che il progetto SPINS — Semiconductor Pilot line for Industrial Quantum NanoSystems — è stato costruito per colmare.
Finanziato con 50 milioni di euro attraverso la Chips Joint Undertaking, il braccio operativo del Chips Act europeo dedicato alla ricerca e all’industrializzazione, SPINS è coordinato da imec, il centro di ricerca sui semiconduttori con sede a Lovanio, in Belgio. Il consorzio conta 25 partner tra istituti di ricerca, università e aziende della supply chain, tra cui Fraunhofer, VTT, CEA-Leti, Infineon, Siltronic, TU Delft e l’Università di Jyväskylä. L’obiettivo dichiarato è costruire un’infrastruttura di fabbricazione per spin qubit a semiconduttore scalabile fino a un miliardo di qubit stabili su chip — non come promessa a lungo termine, ma come traguardo ingegneristico verso cui orientare le scelte di processo oggi.
Tre substrati sotto lo stesso tetto
La decisione tecnica più significativa di SPINS è il supporto simultaneo a tre piattaforme di substrato distinte: Si/SiGe (silicio su silicio-germanio), Ge/GeSi (germanio su germanio-silicio) e SOI (silicon-on-insulator). Non si tratta di una scelta inclusiva per motivi politici: le tre piattaforme hanno proprietà fisiche diverse in termini di mobilità di elettroni e lacune, tempi di coerenza dei qubit e compatibilità con i processi CMOS standard. Il Si/SiGe è più maturo sul lato della manifattura e più direttamente integrabile con le fonderie esistenti; il Ge/GeSi offre mobilità delle lacune più elevata, con implicazioni potenzialmente vantaggiose per certi tipi di gate a spin; il SOI permette un isolamento dielettrico più controllabile.
Mantenere tutte e tre attive in un’unica struttura produttiva condivisa significa che la comunità scientifica e industriale può confrontare le traiettorie tecnologiche senza dover prendere una posizione prematura su quale substrato diventerà dominante. Per i team di R&D che devono pianificare oggi dove investire la propria competenza di processo, questa neutralità ha un valore concreto.
MPW e PDK: l’infrastruttura che ha industrializzato i chip classici arriva ai qubit
Due strumenti hanno reso il design di circuiti integrati accessibile al di fuori delle grandi fabless: i Multi-Project Wafer (MPW) e i Process Design Kit (PDK). I primi consentono a più team di condividere i costi di un singolo wafer di prototipazione, riducendo la barriera economica per chi sviluppa nuovi dispositivi. I secondi traducono le caratteristiche del processo di fabbricazione — parametri elettrici, regole di design, modelli SPICE — in librerie utilizzabili direttamente nei tool di EDA, eliminando la necessità per ogni team di caratterizzare autonomamente ogni processo.
SPINS introduce entrambi i modelli nel dominio quantistico. I MPW per dispositivi a spin qubit permetteranno a università, startup e PMI di accedere a run di fabbricazione su piattaforme avanzate senza sostenere il costo di una produzione dedicata. I quantum PDK — probabilmente il contributo strutturalmente più rilevante del progetto — forniranno ai progettisti un’interfaccia standardizzata tra la specifica del dispositivo e il processo di fabbricazione, riducendo uno dei colli di bottiglia più persistenti nell’ingegneria dei qubit a semiconduttore.
Il quadro europeo: sei linee pilota, una strategia di portafoglio
SPINS è uno dei sei progetti di linea pilota quantistica finanziati nel quadro del Chips Act europeo. Gli altri coprono tecnologie diverse — qubit superconduttori, fotonica integrata quantistica, ioni intrappolati, atomi neutri — con la logica esplicita di non convergere prematuramente su un’architettura unica mentre il campo è ancora in rapida evoluzione.
Per i progettisti e gli ingegneri che seguono il settore, il lancio di SPINS marca un cambio di fase nel discorso sull’informatica quantistica: il centro di gravità si sta spostando dalla fisica del qubit ideale all’ingegneria dell’ecosistema produttivo. La domanda rilevante non è più quale tecnologia abbia il migliore rapporto segnale-rumore in condizioni di laboratorio, ma quale riuscirà prima a costruire un’infrastruttura di design e fabbricazione sufficientemente standardizzata da attrarre un numero critico di team industriali. L’analogia con la storia dei microprocessori — dove l’affermazione di CMOS non è dipesa solo dalla fisica, ma dalla disponibilità di tool, processi e fonderie accessibili — è più pertinente di quanto sembri.
