La fisica quantistica ha portato a nuovi tipi di sensori, metodi di trasmissione dati sicuri e i ricercatori stanno lavorando per i computer. Però, l'ostacolo principale è trovare il modo giusto per accoppiare e controllare con precisione un numero sufficiente di sistemi quantistici (ad esempio, singoli atomi).

Un team di ricercatori della TU Wien e dell'Università di Harvard ha trovato un nuovo modo per trasferire le informazioni quantistiche. Propongono di utilizzare minuscole vibrazioni meccaniche. Gli atomi sono accoppiati tramite fononi, le più piccole unità quantomeccaniche di vibrazioni o onde sonore.

"Stiamo testando piccoli diamanti con atomi di silicio incorporati:questi sistemi quantistici sono particolarmente promettenti, ", afferma il professor Peter Rabl della TU Wien. "Normalmente, i diamanti sono fatti esclusivamente di carbonio, ma l'aggiunta di atomi di silicio in determinati punti crea difetti nel reticolo cristallino in cui possono essere archiviate le informazioni quantistiche." Questi difetti microscopici nel reticolo cristallino possono essere utilizzati come minuscoli interruttori che possono essere commutati tra uno stato di energia superiore e uno stato di energia inferiore usando le microonde.

Insieme a un team dell'Università di Harvard, Il gruppo di ricerca di Peter Rabl ha sviluppato una nuova idea per ottenere l'accoppiamento mirato di questi quanti all'interno del diamante. Uno per uno, possono essere incorporati in una minuscola bacchetta diamantata lunga solo pochi micrometri, come singole perle su una collana. Proprio come un diapason, questa asta può quindi essere fatta vibrare, tuttavia, queste vibrazioni sono così piccole che possono essere descritte solo usando la teoria quantistica. È attraverso queste vibrazioni che gli atomi di silicio possono formare un legame quanto-meccanico tra loro.

"La luce è fatta di fotoni, il quanto di luce. Nello stesso modo, le vibrazioni meccaniche o le onde sonore possono anche essere descritte in modo quantomeccanico. Sono composti da fononi, le più piccole unità possibili di vibrazione meccanica, " spiega Peter Rabl. Come il team di ricerca è stato ora in grado di dimostrare utilizzando calcoli di simulazione, qualsiasi numero di questi quanti può essere collegato insieme nella bacchetta di diamante tramite fononi. I singoli atomi di silicio vengono accesi e spenti mediante microonde. Durante questo processo, emettono o assorbono fononi. Questo crea un entanglement quantistico dei difetti del silicio, consentendo così il trasferimento di informazioni quantistiche.

Fino ad ora, non era chiaro se una cosa del genere fosse possibile. "Di solito ti aspetteresti che i fononi vengano assorbiti da qualche parte, o entrare in contatto con l'ambiente e perdere così le loro proprietà quantomeccaniche, " dice Peter Rabl. "I fononi sono nemici dell'informazione quantistica, per così dire. Ma con i nostri calcoli, siamo stati in grado di dimostrare che, quando controllato in modo appropriato utilizzando le microonde, i fononi sono, infatti, utilizzabile per applicazioni tecniche."

Il principale vantaggio di questa nuova tecnologia risiede nella sua scalabilità. "Ci sono molte idee per i sistemi quantistici che, in linea di principio, può essere utilizzato per applicazioni tecnologiche. Il problema più grande è che è molto difficile collegarne un numero sufficiente per poter eseguire complicate operazioni di calcolo, " afferma Peter Rabl. La nuova strategia di utilizzo dei fononi per questo scopo potrebbe aprire la strada a una tecnologia quantistica scalabile.