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03.02.2021 - 08:000

Come far durare gli stati quantistici 10.000 volte più a lungo

La scoperta di una semplice modifica potrebbe aprire molteplici nuove strade per la scienza quantistica

Gli studi sui fenomeni quantistici rivoluzioneranno molte tecnologie del futuro. Ma prima di ogni cosa gli scienziati devono convincere i sistemi quantistici a rimanere bloccati per più di pochi milionesimi di secondo. Di recente, un team di scienziati della Pritzker School of Molecular Engineering dell’Università di Chicago ha annunciato di aver fatto una scoperta rivoluzionaria, ovvero di aver apportato una semplice modifica che consente ai sistemi quantistici di rimanere operativi, o “coerenti”, 10.000 volte più a lungo di prima.
Gli stati quantistici per funzionare hanno bisogno di uno spazio estremamente silenzioso e stabile, poiché sono facilmente disturbati dal rumore di fondo proveniente da vibrazioni, sbalzi di temperatura o campi elettromagnetici. Vi sono diversi approcci che gli scienziati adoperano per mantenere il sistema coerente il più a lungo possibile. I ricercatori dell’Università di Chicago hanno però intrapreso un percorso diverso dal comune. «Con questo approccio non cerchiamo di eliminare il rumore nell’ambiente circostante, ma “inganniamo” il sistema facendogli credere di non sentire il rumore», ha dichiarato il ricercatore post-dottorato Kevin Miao.
In tandem con i soliti impulsi elettromagnetici utilizzati per controllare i sistemi quantistici, il team ha applicato un ulteriore campo magnetico alternato continuo. Sintonizzando in maniera precisa questo campo, gli scienziati hanno potuto ruotare rapidamente gli spin elettronici e consentire al sistema di “sintonizzare” il resto del rumore. Grazie a questa piccola variazione il sistema è rimasto coerente fino a 22 millisecondi, quattro ordini di grandezza superiori a quelli senza modifica e molto più a lungo di qualsiasi sistema di spin elettronico precedentemente riportato. Il sistema è in grado di sintonizzare quasi completamente alcune forme di fluttuazioni di temperatura, vibrazioni fisiche e rumore elettromagnetico, che di solito distruggono la coerenza quantistica.
Sebbene i ricercatori abbiano testato la loro tecnica su una particolare classe di sistemi quantistici chiamati qubit allo stato solido, utilizzando carburo di silicio, ritengono che dovrebbe essere applicabile a molti altri tipi di sistemi quantistici, come bit quantistici superconduttori e sistemi quantistici molecolari.
«Questa svolta getta le basi per nuove entusiasmanti opportunità di ricerca nella scienza quantistica», ha affermato l’autore principale dello studio David Awschalom, professore di ingegneria molecolare presso l’Argonne National Laboratory e direttore del Chicago Quantum Exchange. «L’ampia applicabilità di questa scoperta, unita a un’implementazione straordinariamente semplice, consente a questo processo di avere un impatto su molti aspetti dell’ingegneria quantistica. Consente nuove opportunità di ricerca precedentemente ritenute impraticabili».
Questa semplice modifica, quindi, potrebbe sbloccare scoperte in quasi tutti i settori della tecnologia quantistica, rivoluzionando il campo della comunicazione, del calcolo e del rilevamento quantistico.


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