Molti progressi tecnologici e dispositivi moderni si basano sulla comprensione della meccanica quantistica. Rispetto ai semiconduttori, dischi rigidi o laser, i dispositivi quantistici sono diversi nel senso che sfruttano direttamente gli stati quantistici. Un grande obiettivo del campo è quello di sviluppare un computer quantistico funzionante teorizzato per superare i computer tradizionali in alcuni compiti computazionali difficili. I ricercatori dell'Università di Oulu e dell'Università di Aalto hanno pubblicato un articolo di rassegna sulla fisica relativa ai dispositivi quantistici in Rapporti sui progressi in fisica .

Un concetto centrale nella meccanica quantistica è quello del livello energetico. Quando un sistema quantomeccanico come un atomo assorbe un quanto di energia dalla luce, è eccitato da un livello energetico più basso a uno più alto. La modifica della separazione tra i livelli di energia è chiamata modulazione di frequenza. Nei dispositivi quantistici, la modulazione di frequenza è utilizzata nel controllo delle interazioni, inducendo transizioni tra stati quantistici e ingegnerizzando strutture energetiche artificiali.

"La base della modulazione di frequenza meccanica quantistica è nota fin dagli anni '30. Tuttavia, la svolta di varie tecnologie quantistiche negli anni 2000 ha creato la necessità di migliori strumenti teorici per la modulazione di frequenza dei sistemi quantistici, "dice Mattia Silveri, attualmente ricercatore post-dottorato presso l'Università di Oulu.

Comprendere e utilizzare la modulazione di frequenza è importante per lo sviluppo di dispositivi quantistici più accurati e porte quantistiche più veloci per computer quantistici su piccola scala nel prossimo futuro. Il campo di ricerca dei dispositivi quantistici e dell'informatica è in rapida crescita e ha recentemente attirato investimenti da importanti aziende tecnologiche come Google, Intel, IBM e Microsoft.

"Volevamo rivedere i recenti progressi sperimentali e teorici con vari tipi di sistemi quantistici in modulazione di frequenza. Speriamo di accelerare la ricerca in questo campo, " dice il docente Sorin Paraoanu della Aalto University.

L'articolo discute la fisica della modulazione di frequenza nei circuiti quantistici superconduttori, atomi ultrafreddi, centri vacanti di azoto nei risuonatori diamantati e nanoelettromeccanici. Con queste piattaforme, i livelli di energia possono essere accuratamente modulati con la tensione, microonde o laser in ambienti sperimentali. I risultati teorici dell'articolo sono generali e possono essere applicati a vari sistemi quantistici.