Le immagini schematiche mostrano gli elettroni (linee ondulate gialle a sinistra) come onde quantistiche. Nell'immagine in alto, l'onda mantiene la sua forma mentre passa attraverso il "semaforo". Nell'immagine sottostante, l'onda viene fermata dalla luce. Le deformazioni simili a tumuli sotto le onde rappresentano lo scuotimento degli atomi. Credito:Università di Buffalo
Fermare! In nome della scienza quantistica e dell'ingegneria.
Il ritornello familiare si riferisce a un nuovo risultato nella tecnologia quantistica, un campo di ricerca emergente che cerca di sfruttare le proprietà uniche degli atomi e delle particelle subatomiche.
Un team di ricerca guidato dall'Università di Buffalo ha sviluppato un "semaforo" che può fermare le onde quantistiche. Il progresso potrebbe essere la chiave per sfruttare il potenziale del mondo atomico, alla fine portando a scoperte nel campo dell'informatica, medicinale, crittografia, scienza dei materiali e altre applicazioni.
"E' un'area di ricerca di immensa importanza, ", afferma l'ingegnere elettrico UB Jon Bird, dottorato di ricerca, co-autore principale di uno studio pubblicato di recente sulla rivista Lettere di revisione fisica che descrive il suddetto lavoro.
Bird è professore e presidente del Dipartimento di Ingegneria Elettrica presso la UB School of Engineering and Applied Sciences. Jong Han, dottorato di ricerca, professore di fisica al College of Arts and Sciences, è l'autore principale del giornale.
Ulteriori autori provengono dai laboratori di Bird e Han, nonché il Centro per le Nanotecnologie Integrate presso i Laboratori Nazionali Sandia, e il Korea Institute for Advanced Study.
Il mistero degli elettroni
Mentre gli elettroni sono ben noti agli scolari, i ricercatori stanno ancora cercando di capire perché queste particelle subatomiche si comportano in quel modo, oltre a trovare nuovi modi per manipolarli.
Nello studio, il team "ha utilizzato proprio gli atomi che costituiscono la struttura cristallina dei materiali semiconduttori che studiamo per impedire il passaggio degli elettroni, o per lasciarli passare liberamente, essenzialmente creando un "semaforo" per queste particelle quantistiche. Lo facciamo "scuotendo" questi atomi in modo controllabile, attraverso l'applicazione di piccoli segnali elettrici ai nostri dispositivi, "dice Uccello.
L'immagine schematica mostra gli elettroni (linee ondulate gialle a sinistra) come onde quantistiche arrestate dal "semaforo". Le deformazioni simili a tumuli sotto le onde rappresentano lo scuotimento degli atomi. Credito:Università di Buffalo
I ricercatori hanno isolato un nanoconduttore appositamente costruito a una temperatura estremamente fredda, meno 273 gradi Celsius. In tali condizioni, in questo dispositivo ultrapiccolo, gli elettroni mostrano una natura ondulatoria.
In altre parole, si comportano più come increspature sulla superficie di uno stagno che come particelle puntiformi, che sono spesso descritti come oggetti simili a palle da biliardo che si spostano in linea retta.
"Proprio come la luce, o onde nell'oceano, queste onde quantistiche possono comportarsi in modi che non ci aspetteremmo per le particelle. Possono piegarsi intorno agli angoli, Per esempio, e la sfida è sviluppare tecniche per controllare, o sterzare, loro, "dice Han.
Nello studio, i ricercatori UB hanno ottenuto questo applicando una piccola quantità di tensione al conduttore, permettendo così loro di scuotere i suoi atomi in modo controllabile. Man mano che gli atomi venivano fatti tremare più forte, fornivano una maggiore fonte di resistenza alle onde quantistiche, che impediva alle onde di passare attraverso il conduttore.
"Questo è ciò che chiamiamo contatto del punto quantico. Puoi pensarlo come un semaforo. Solo che invece di fermare le automobili a un incrocio, abbiamo dimostrato la capacità di controllare la trasmissione delle onde elettroniche in un sistema confinato scuotendo esternamente gli atomi in quel sistema, "dice Han.
Computer molto più potenti
La capacità di controllare le particelle subatomiche come elettroni e fotoni è la chiave per lo sviluppo delle tecnologie quantistiche, soprattutto computer quantistici.
I computer tradizionali elaborano le informazioni, o bit, in codice binario, il che significa che memorizzano i dati ed eseguono calcoli assegnando valori di "uno" o "zero". computer quantistici, che sono in fase di sviluppo da IBM, Google e altre aziende, lavorare con "qubit" che possono rappresentare uno e zero allo stesso tempo.
In teoria, questo approccio potrebbe portare a computer molto più potenti di quelli esistenti oggi. A sua volta, che creerebbe grandi vantaggi economici e di sicurezza nazionale.
La ricerca condotta da UB fornisce un'implementazione di livello fondamentale delle tecniche necessarie per controllare le onde quantistiche su scala microscopica, rendere possibile questi progressi tecnologici, dice l'uccello.
