Lo sviluppo di un computer quantistico in grado di risolvere problemi che i computer classici possono risolvere solo con grande sforzo o non possono risolvere affatto: questo è l'obiettivo attualmente perseguito da un numero sempre crescente di team di ricerca in tutto il mondo. Il motivo: gli effetti quantistici, che hanno origine nel mondo delle particelle e delle strutture più piccole, consentono numerose nuove applicazioni tecnologiche. I cosiddetti superconduttori, che consentono di elaborare informazioni e segnali secondo le leggi della meccanica quantistica, sono considerati componenti promettenti per la realizzazione di computer quantistici. Un punto critico delle nanostrutture superconduttive, tuttavia, è che funzionano solo a temperature molto basse e sono quindi difficili da introdurre in applicazioni pratiche. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
I ricercatori dell'Università di Münster e del Forschungszentrum Jülich hanno ora dimostrato per la prima volta la cosiddetta quantizzazione dell'energia in nanofili realizzati in superconduttori ad alta temperatura, ovvero superconduttori in cui la temperatura è elevata al di sotto della quale predominano gli effetti della meccanica quantistica. Il nanofilo superconduttore assume quindi solo stati energetici selezionati che potrebbero essere utilizzati per codificare informazioni. Nei superconduttori ad alta temperatura, i ricercatori sono stati anche in grado di osservare per la prima volta l'assorbimento di un singolo fotone, una particella luminosa che serve a trasmettere informazioni.
"Da un lato, i nostri risultati possono contribuire all'utilizzo di tecnologie di raffreddamento notevolmente semplificate nelle tecnologie quantistiche in futuro, e dall'altro ci offrono spunti completamente nuovi sui processi che governano gli stati superconduttori e sulle loro dinamiche, che sono ancora poco compresi", sottolinea il responsabile dello studio, il Prof. Jun. Carsten Schuck dell'Istituto di Fisica dell'Università di Münster. I risultati potrebbero quindi essere rilevanti per lo sviluppo di nuove tecnologie informatiche. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Communications.
Gli scienziati hanno utilizzato superconduttori costituiti dagli elementi ittrio, bario, ossido di rame e ossigeno, o YBCO in breve, da cui hanno ricavato fili sottili pochi nanometri. Quando queste strutture conducono corrente elettrica, si verificano dinamiche fisiche chiamate "slittamenti di fase". Nel caso dei nanofili di YBCO, le fluttuazioni della densità dei portatori di carica causano variazioni nella supercorrente. I ricercatori hanno studiato i processi nei nanofili a temperature inferiori a 20 Kelvin, che corrispondono a meno 253 gradi Celsius. In combinazione con calcoli di modelli, hanno dimostrato una quantizzazione degli stati energetici nei nanofili. La temperatura alla quale i fili sono entrati nello stato quantico è stata trovata tra 12 e 13 Kelvin, una temperatura diverse centinaia di volte superiore alla temperatura richiesta per i materiali normalmente utilizzati. Ciò ha permesso agli scienziati di produrre risonatori, ovvero sistemi oscillanti sintonizzati su frequenze specifiche, con vite umane molto più lunghe e di mantenere gli stati della meccanica quantistica più a lungo. Questo è un prerequisito per lo sviluppo a lungo termine di computer quantistici sempre più grandi.
Ulteriori componenti importanti per lo sviluppo delle tecnologie quantistiche, ma potenzialmente anche per la diagnostica medica, sono i rivelatori in grado di registrare anche singoli fotoni. Il gruppo di ricerca di Carsten Schuck presso l'Università di Münster lavora da diversi anni allo sviluppo di tali rivelatori di singoli fotoni basati su superconduttori. Ciò che già funziona bene a basse temperature, gli scienziati di tutto il mondo cercano di ottenere con superconduttori ad alta temperatura da oltre un decennio. Nei nanofili di YBCO utilizzati per lo studio, questo tentativo è ora riuscito per la prima volta. "Le nostre nuove scoperte aprono la strada a nuove descrizioni teoriche e sviluppi tecnologici verificabili sperimentalmente", afferma il coautore Martin Wolff del gruppo di ricerca Schuck.
Potete star certi che i nostri redattori monitoreranno attentamente ogni feedback inviato e prenderanno le misure appropriate. Le vostre opinioni sono importanti per noi.
Il tuo indirizzo email verrà utilizzato solo per far sapere al destinatario chi ha inviato l'email. Né il tuo indirizzo né quello del destinatario verranno utilizzati per altri scopi. Le informazioni inserite appariranno nel tuo messaggio email e non verranno conservate da Phys.org in alcun modo.
Ricevi aggiornamenti settimanali e/o giornalieri nella tua casella di posta. Puoi annullare l'iscrizione in qualsiasi momento e non condivideremo mai i tuoi dati con terze parti.
Questo sito utilizza i cookie per facilitare la navigazione, analizzare l'utilizzo dei nostri servizi e fornire contenuti di terze parti. Utilizzando il nostro sito, dichiari di aver letto e compreso la nostra Informativa sulla privacy e i Termini di utilizzo.
Data di pubblicazione: 07-04-2020