Presso la Università di Buffalo – New York – è stata effettuata una scoperta di “immensa portata” come la ha definita lo stesso co-autore dello studio Jonathan Bird, professore e presidente del Dipartimento di Ingegneria Elettrica della Facoltà di Ingegneria e Scienze Applicate della Università di Buffalo.

La scoperta riguada il settore della tecnologia quantistica un campo di ricerca emergente che cerca di sfruttare le proprietà uniche di atomi e particelle subatomiche ed il relativo studio è stato pubblicato sulla rivista Physical Review Letters.

Altri autori provengono dai laboratori di Bird and Han, nonché dal Center for Integrated Nanotechnologies dei Sandia National Laboratories e dal Korea Institute for Advanced Study.

Il comportamento anomalo degli elettroni

Gli studenti delle superiori conosceranno cosa sono gli elettoni, i ricercatori però stanno cercando ancora di capire perchè queste particelle subatomiche si comportano come fanno, oltre a trovare nouvi modi per manipolarle.

Nello studio, il team “ha usato gli atomi che compongono la struttura cristallina dei materiali semiconduttori che studiamo per impedire il passaggio degli elettroni o per consentire loro di passare liberamente, essenzialmente creando un” semaforo” per queste particelle quantiche. Lo facciamo “scuotendo” questi atomi in modo controllato, attraverso l’applicazione di piccoli segnali elettrici ai nostri dispositivi “, afferma Bird.

Semaforo Verde:
L’immagine schematica mostra elettroni (linee ondulate gialle a sinistra) mentre le onde quantistiche continuano il loro cammino con il “semaforo” verde
Semaforo Rosso:
L’immagine schematica mostra elettroni (linee ondulate gialle a sinistra) mentre le onde quantistiche si fermano al “semaforo” rosso. Le deformazioni simili a tumuli sotto le onde rappresentano il tremito degli atomi. Credito: Università di Buffalo

I ricercatori hanno isolato un nanoconduttore appositamente costruito a una temperatura estremamente fredda, meno 273 gradi Celsius. In tali condizioni, in questo dispositivo ultrasottile, gli elettroni esibiscono una natura ondulata.

In altre parole, si comportano più come increspature sulla superficie di uno stagno rispetto a particelle simili a punti, che sono spesso descritte come oggetti simili a palle da biliardo che si legano in linea retta.

Proprio come la luce o le onde nell’oceano, queste onde quantistiche possono comportarsi in modi che non ci aspetteremmo per le particelle. Ad esempio, possono piegarsi agli angoli e la sfida è sviluppare tecniche per controllarle o guidarle“dice Han.

Nello studio, i ricercatori della Università di Buffalo hanno raggiunto questo obiettivo applicando una piccola quantità di tensione al conduttore, permettendo così loro di scuotere i suoi atomi in modo controllabile. Mentre gli atomi venivano fatti vibrare più fortemente, fornivano una maggiore fonte di resistenza alle onde quantistiche, che impedivano alle onde di passare attraverso il conduttore.

Questo è ciò che chiamiamo un contatto di punto quantico. Puoi pensarlo come un semaforo. Solo invece di fermare le automobili a un incrocio, abbiamo dimostrato la capacità di controllare la trasmissione delle onde di elettroni in un sistema confinato scuotendo esternamente gli atomi in quel sistema“, dice Han.

Computer molto più potenti

La capacità di controllare particelle subatomiche come elettroni e fotoni è la chiave per lo sviluppo di tecnologie quantistiche, in particolare i computer quantistici.

I computer tradizionali elaborano informazioni, o bit, in codice binario, il che significa che memorizzano i dati ed eseguono calcoli assegnando valori di “uno” o “zero“. I computer quantistici, che sono stati sviluppati da IBM, Google e altre aziende, lavorano con “qubit” che possono rappresentare uno e zero allo stesso tempo.

In teoria, questo approccio potrebbe portare a computer molto più potenti di quelli esistenti oggi. A sua volta, ciò creerebbe grandi vantaggi economici e di sicurezza nazionale.

La ricerca guidata dalla Università di Buffalo fornisce un’implementazione a livello di base delle tecniche necessarie per controllare le onde quantistiche su scala microscopica, rendendo possibili questi progressi tecnologici, afferma Bird.

Fonte: Università di Buffalo , phys.org