Jigang Wang ha spiegato pazientemente la sua ultima scoperta nel controllo quantistico che potrebbe portare a un calcolo superveloce basato sulla meccanica quantistica:Ha menzionato la superconduttività indotta dalla luce senza gap energetico. Ha tirato fuori battiti quantistici supercorrenti proibiti. E ha menzionato la rottura della simmetria a velocità terahertz.

Poi ha fatto marcia indietro e ha chiarito tutto. Dopotutto, il mondo quantistico della materia e dell'energia su scale terahertz e nanometriche - trilioni di cicli al secondo e miliardesimi di metri - è ancora un mistero per la maggior parte di noi.

"Mi piace studiare il controllo quantistico della superconduttività superiore al gigahertz, o miliardi di cicli al secondo, collo di bottiglia nelle attuali applicazioni di calcolo quantistico all'avanguardia, " ha detto Wang, un professore di fisica e astronomia all'Iowa State University la cui ricerca è stata supportata dall'Ufficio di ricerca dell'esercito. "Stiamo usando la luce terahertz come manopola di controllo per accelerare le supercorrenti".

La superconduttività è il movimento dell'elettricità attraverso determinati materiali senza resistenza. In genere si verifica molto, temperature molto fredde. Pensa a -400 Fahrenheit per i superconduttori "ad alta temperatura".

La luce terahertz è molto leggera, frequenze molto alte. Pensa a trilioni di cicli al secondo. Sono essenzialmente scoppi di microonde estremamente forti e potenti che sparano a intervalli di tempo molto brevi.

Wang e un team di ricercatori hanno dimostrato che tale luce può essere utilizzata per controllare alcune delle proprietà quantistiche essenziali degli stati superconduttori, compreso il flusso di supercorrente macroscopico, simmetria rotta e l'accesso a determinate oscillazioni quantistiche ad altissima frequenza ritenute proibite dalla simmetria.

Sembra tutto esoterico e strano. Ma potrebbe avere applicazioni molto pratiche.

"Le supercorrenti indotte dalla luce tracciano un percorso in avanti per la progettazione elettromagnetica delle proprietà dei materiali emergenti e delle oscillazioni coerenti collettive per applicazioni di ingegneria quantistica, " Wang e diversi coautori hanno scritto in un documento di ricerca appena pubblicato online dalla rivista Fotonica della natura .

In altre parole, la scoperta potrebbe aiutare i fisici a "creare computer quantistici velocissimi spingendo le supercorrenti, " Wang ha scritto in un riassunto dei risultati del gruppo di ricerca.

Trovare modi per controllare, accedere e manipolare le caratteristiche speciali del mondo quantistico e collegarle ai problemi del mondo reale è una grande spinta scientifica in questi giorni. La National Science Foundation ha incluso il "Quantum Leap" nelle sue "10 grandi idee" per la ricerca e lo sviluppo futuri.

"Sfruttando le interazioni di questi sistemi quantistici, tecnologie di nuova generazione per il rilevamento, informatica, modellare e comunicare sarà più accurato ed efficiente, " dice una sintesi del sostegno della fondazione scientifica agli studi quantistici. "Per raggiungere queste capacità, i ricercatori hanno bisogno della comprensione della meccanica quantistica per osservare, manipolare e controllare il comportamento delle particelle e dell'energia a dimensioni almeno un milione di volte inferiori alla larghezza di un capello umano".

Wang e i suoi collaboratori:Xu Yang, Chirag Vaswani e Liang Luo dello Stato dell'Iowa, responsabile della strumentazione e degli esperimenti terahertz; Chris Sundahl, Jong-Hoon Kang e Chang-Beom Eom dell'Università del Wisconsin-Madison, responsabile dei materiali superconduttori di alta qualità e delle loro caratterizzazioni; Martin Mootz e Ilias E. Perakis dell'Università dell'Alabama a Birmingham, responsabili della costruzione di modelli e delle simulazioni teoriche, stanno facendo avanzare la frontiera quantistica trovando nuovi stati macroscopici di flusso di supercorrente e sviluppando controlli quantistici per commutarli e modularli.

Una sintesi dello studio del gruppo di ricerca afferma che i dati sperimentali ottenuti da uno strumento di spettroscopia terahertz indicano che la sintonizzazione delle onde luminose terahertz delle supercorrenti è uno strumento universale "ed è la chiave per spingere le funzionalità quantistiche a raggiungere i loro limiti ultimi in molte discipline trasversali" come quelli citati dalla fondazione scientifica.

E così, i ricercatori hanno scritto, "Crediamo che sia giusto dire che il presente studio apre una nuova arena dell'elettronica superconduttiva delle onde luminose tramite il controllo quantistico terahertz per molti anni a venire".