I fisici dell'Università di Bonn hanno superato un ulteriore ostacolo sulla strada per la creazione di computer quantistici:in un recente studio, presentano un metodo con cui possono ordinare molto rapidamente e con precisione un gran numero di atomi. Il lavoro è stato ora pubblicato in Lettere di revisione fisica .

Immagina di essere in un negozio di alimentari a comprare succo di mela. Sfortunatamente, tutte le casse sono mezze vuote perché altri clienti hanno rimosso le singole bottiglie a caso. Quindi riempi con cura la tua cassa bottiglia per bottiglia. Ma aspetta:la cassa vicina viene riempita esattamente nel modo opposto! Ha bottiglie in cui la tua cassa ha degli spazi vuoti. Se potessi sollevare queste bottiglie in un colpo solo e metterle nella cassa, sarebbe subito pieno. Potresti risparmiarti un sacco di lavoro.

Sfortunatamente, soluzioni del genere non esistono (ancora) per le casse di bevande semivuote. Però, i fisici dell'Università di Bonn vogliono ordinare migliaia di atomi come preferiscono in futuro in questo modo e in pochi secondi. Intorno al mondo, gli scienziati sono attualmente alla ricerca di metodi che consentano processi di smistamento nel microcosmo. La proposta dei ricercatori di Bonn potrebbe spingere lo sviluppo dei futuri computer quantistici a compiere un passo avanti cruciale. Ciò consente agli atomi di interagire tra loro in modo mirato per poter sfruttare gli effetti quantomeccanici per i calcoli. Inoltre, le particelle devono essere portate in prossimità spaziale l'una con l'altra.

Atomi magnetizzati su nastri trasportatori ottici

I fisici stanno usando una proprietà speciale degli atomi per creare la loro macchina selezionatrice:questi ruotano attorno al proprio asse come piccole trottole. Il senso di rotazione – lo spin – può essere influenzato con le microonde. I fisici quindi inizialmente avviarono tutti gli atomi nella stessa direzione di rotazione nel loro esperimento.

In questo stato, è stato possibile caricare le particelle su un raggio laser. Però, in anticipo, hanno dovuto manipolare il laser in modo tale che corrispondesse allo spin delle sue particelle, un processo noto come polarizzazione. Gli atomi sono stati quindi trattenuti dal raggio laser polarizzato in modo tale da non potersi muovere. Ogni particella occupa un posto particolare sul raggio laser, simile alle bottiglie nella cassa.

Però, come nella cassa delle bevande, anche alcuni dei punti del raggio laser non sono occupati. "Abbiamo così invertito il senso di rotazione in modo molto mirato per i singoli atomi, " spiega il Dott. Andrea Alberti, il team leader presso l'Istituto di Fisica Applicata dell'Università di Bonn. "Queste particelle non sono state più catturate dal nostro raggio laser. Tuttavia, siamo riusciti ad afferrarli con un secondo, raggio laser diversamente polarizzato e quindi spostarli come desiderato.

La trave di trasporto può, in linea di principio, muovere quanti atomi si vuole allo stesso tempo. Mentre questo avviene, mantengono la loro posizione reciproca. Come nell'esempio con le bottiglie, più particelle possono quindi essere sollevate contemporaneamente e poste negli spazi tra altri atomi in una volta sola. "Il nostro metodo di smistamento è quindi estremamente efficiente, " spiega l'autore principale dello studio, Carsten Robens. "Non fa alcuna differenza se stiamo ordinando centinaia o migliaia di atomi:il tempo necessario aumenta solo leggermente". Per il momento, i ricercatori hanno lavorato solo con quattro atomi nel loro esperimento, che ora è in corso di pubblicazione.

In linea di principio, il metodo è adatto per creare qualsiasi modello di atomo. Questo lo rende interessante per i fisici dello stato solido, ad esempio, studiare il comportamento dei cristalli semiconduttori in determinate condizioni.