Nuovi orologi atomici in miniatura in uscita a breve

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Prototipo di orologio atomico in miniatura. (Foto: macQsimal

Prototipo di orologio atomico in miniatura. (Foto: macQsimal

Coordinato dal CSEM, il grande progetto quantistico europeo macQsimal, incluso nell’iniziativa FET Flagship on Quantum Technologies, sta per concludersi e rivela risultati molto promettenti. In particolare, la commercializzazione di nuovi orologi atomici in miniatura. Lanciato nel 2018, il progetto macQsimal mirava a sfruttare gli effetti quantistici per sviluppare sensori con sensibilità e precisione senza precedenti, ma anche a creare un’industria europea di successo in questo campo. La chiusura del progetto si è tenuta presso l’Università di Neuchâtel (UniNE), uno dei partner importanti di macQsimal, il 20 e 21 giugno sotto forma di simposio scientifico aperto al pubblico e durante la conferenza pubblica Time, Science and Society.

I transistor e i laser, nati dalla prima rivoluzione quantistica, hanno reso possibili computer, telefoni cellulari e Internet. Oggi si profila una nuova grande svolta tecnologica, grazie alla possibilità di manipolare le proprietà quantistiche fondamentali di sistemi e materiali. In tutto il mondo è in corso la corsa per padroneggiare questa nuova tecnologia, al fine di compiere progressi decisivi in settori come la salute, la sicurezza, i trasporti, l’energia o le scienze ambientali.

Portare le prestazioni dei sensori al limite del possibile

Coordinato dal CSEM, il progetto europeo macQsimal ha riunito 14 partner che coprono l’intera catena del valore, dalla scienza fondamentale alla diffusione industriale. In particolare, il consorzio ha lavorato per sfruttare il potenziale delle celle a vapore atomico per fornire al pubblico una nuova generazione di sensori ultra-efficienti.

Avviare il trasferimento tecnologico in Svizzera: dai prototipi ai prodotti commerciali

In particolare, i partner svizzeri di macQsimal hanno avviato un processo di trasferimento tecnologico verso l’industria di un orologio atomico in miniatura a basso consumo energetico.

La maggior parte dello sviluppo di questo orologio atomico avviene a Neuchâtel, dalla cella MEMS del CSEM - il cuore dell’orologio - all’elettronica di controllo e all’assemblaggio finale. Orolia Switerland SA è responsabile della commercializzazione e si rivolge a un mercato in rapida crescita, dove la domanda di orologi atomici è in costante aumento.

Le nostre ricerche sulla miniaturizzazione degli orologi atomici, iniziate circa 15 anni fa, stanno portando a nuovi prodotti commercializzati nella regione", affermano Christoph Affolderbach e Gaetano Mileti, rispettivamente scienziato e professore del Laboratorio di Frequenze Temporali dell’Università di Ginevra. Continuiamo le nostre ricerche per mantenere la leadership di Neuchâtel in un settore strategico per la Svizzera".

Mini generatori di emergenza

Gli orologi atomici rappresentano uno strumento di coordinamento unico per una serie di servizi essenziali per la popolazione, come le telecomunicazioni, i trasporti o persino le reti energetiche, che attualmente dipendono dai segnali GPS o dal sistema Galileo. In caso di interruzione del segnale o di attacco, gli orologi miniaturizzati hanno la capacità di prendere il controllo e di mantenere il sistema in funzione per alcune ore, mentre il problema viene risolto. Possiamo paragonarli, per alcune delle loro applicazioni, a mini-generatori di emergenza. Possiamo paragonarli, per alcune delle loro applicazioni, a generatori di emergenza in miniatura", afferma Jacques Haesler, coordinatore di macQsimal e responsabile del progetto al CSEM.

Un futuro incerto

Oltre allo sviluppo dell’orologio atomico in miniatura, il progetto macQsimal ha prodotto altri prototipi di sensori quantistici eccezionalmente sensibili, come magnetometri e giroscopi, con applicazioni che vanno dalla diagnosi medica alla navigazione autonoma. Questi sviluppi sono stati realizzati in stretta collaborazione con gruppi di ricerca e industrie dell’Europa vicina.

In questi settori, tuttavia, sono sospese ulteriori collaborazioni in vista dell’industrializzazione. La Svizzera, che fornisce l’elemento centrale di questi sensori, la famosa cella MEMS, è ora esclusa dai programmi di ricerca europei, in seguito alla sospensione dei negoziati sull’accordo quadro con l’Europa.

La seconda fase del programma Flagship sulle tecnologie quantistiche ha appena finanziato i primi progetti per trasferire queste promettenti tecnologie quantistiche all’industria, ma la Svizzera non è inclusa. La Confederazione elvetica ha annunciato le prime iniziative di sostegno per compensare questa esclusione in modo transitorio. Queste misure permetteranno agli attori svizzeri attivi nelle tecnologie quantistiche di continuare temporaneamente i propri sviluppi, ma non essendo riusciti a salire sul treno, è ora impossibile per loro collaborare con i partner europei. Jacques Haesler riassume. Un rapido riavvicinamento ai programmi europei potrebbe consentire loro di recuperare il ritardo con il minor numero possibile di danni collaterali".

Le tecnologie quantistiche sfruttano le singolarità comportamentali dell’energia e della materia a livello quantistico - atomico e subatomico. Esse consentono funzionalità e prestazioni uniche perché, a una scala così piccola, le leggi classiche della fisica cedono il passo alle leggi della meccanica quantistica. Questo porta a effetti particolari come la "superposizione" e l’"entanglement", fenomeni che offrono nuove prospettive tecnologiche ed economiche; la superposizione permette a una particella di esistere contemporaneamente in due stati, mentre l’entanglement vede lo stato di una particella dipendere dallo stato di un’altra particella, anche lontana. È in corso un movimento per sfruttare questi effetti e sviluppare nuovi dispositivi e sistemi caratterizzati da estrema potenza.

L’obiettivo del progetto macQsimal (Miniature Atomic Vapor-Cell Quantum Devices for Sensing and Metrology Applications), lanciato nell’ottobre 2018, era quello di sviluppare sensori quantistici e creare un’industria europea di successo in questo campo. Questi sensori sono stati sviluppati in cinque aree applicative: magnetometri miniaturizzati a pompaggio ottico, orologi atomici miniaturizzati, giroscopi atomici compatti, sensori di campo magnetico ed elettrico a GHz e THz e sensori di gas. Queste applicazioni sono state selezionate perché hanno un forte potenziale di valorizzazione industriale e commerciale in Europa nei prossimi 5-10 anni.

Il progetto macQsimal fa parte del programma europeo Future and Emerging Technologies (FET) Quantum Technologies Flagship. È stato finanziato dal programma quadro Horizon 2020 tramite il contratto di sovvenzione 820393. Il progetto aveva un budget di 10,2 milioni di euro.

La Quantum Flagship lanciata nel 2018 nell’ambito del programma quadro Horizon 2020 è una delle più grandi e ambiziose iniziative di ricerca dell’Unione Europea. Con un budget di 1 miliardo per 10 anni, questa Flagship continua nel nuovo programma quadro Horizon Europe e riunisce istituti di ricerca, università, aziende e autorità pubbliche in un’iniziativa congiunta e collaborativa di portata senza precedenti.

L’obiettivo principale è consolidare ed estendere la leadership scientifica e l’eccellenza europea nel campo della scienza e della tecnologia quantistica, garantendo al contempo il trasferimento dei risultati della ricerca alle applicazioni commerciali.

Con la partecipazione di oltre 5.000 ricercatori provenienti dal mondo accademico e industriale, questa iniziativa mira a creare la prossima generazione di tecnologie dirompenti che avranno un impatto sulla società europea e a posizionare l’Europa come leader mondiale nella conoscenza industriale e tecnologica in questo campo.


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