I ricercatori hanno grandi idee per il potenziale della tecnologia quantistica, dalle reti inattaccabili ai sensori di terremoti. Ma tutte queste cose dipendono da una grande impresa tecnologica:essere in grado di costruire e controllare sistemi di particelle quantistiche, che sono tra gli oggetti più piccoli dell'universo.

Questo obiettivo è ora un passo avanti con la pubblicazione di un nuovo metodo da parte degli scienziati dell'Università di Chicago. Pubblicato il 28 aprile in Natura , il documento mostra come portare più molecole contemporaneamente in un singolo stato quantistico, uno degli obiettivi più importanti della fisica quantistica.

"La gente ha cercato di farlo per decenni, quindi siamo molto eccitati, ", ha affermato l'autore senior Cheng Chin, un professore di fisica all'UChicago che ha affermato di voler raggiungere questo obiettivo sin da quando era uno studente laureato negli anni '90. "Spero che questo possa aprire nuovi campi nella chimica quantistica a molti corpi. Ci sono prove che ci sono molte scoperte in attesa là fuori".

Uno degli stati essenziali della materia è chiamato condensato di Bose-Einstein:quando un gruppo di particelle raffreddate quasi allo zero assoluto condivide uno stato quantistico, l'intero gruppo inizia a comportarsi come se fosse un singolo atomo. È un po' come persuadere un'intera band a marciare completamente al passo mentre suona intonata, difficile da raggiungere, ma quando succede, un intero nuovo mondo di possibilità può aprirsi.

Gli scienziati sono stati in grado di farlo con gli atomi per alcuni decenni, ma quello che vorrebbero davvero fare è essere in grado di farlo con le molecole. Una tale svolta potrebbe fungere da sostegno per molte forme di tecnologia quantistica.

Ma poiché le molecole sono più grandi degli atomi e hanno molte più parti mobili, la maggior parte dei tentativi di sfruttarli si sono dissolti nel caos. "Gli atomi sono semplici oggetti sferici, mentre le molecole possono vibrare, ruotare, portare piccoli magneti, " disse Chin. "Poiché le molecole possono fare così tante cose diverse, li rende più utili, e allo stesso tempo molto più difficile da controllare."

Il gruppo di Chin voleva sfruttare alcune nuove funzionalità del laboratorio che erano diventate disponibili di recente. L'anno scorso, hanno iniziato a sperimentare l'aggiunta di due condizioni.

Il primo è stato raffreddare ulteriormente l'intero sistema, fino a 10 nanokelvin, un capello diviso sopra lo zero assoluto. Quindi hanno impacchettato le molecole in un vespaio in modo che fossero fissate piatte. "Tipicamente, le molecole vogliono muoversi in tutte le direzioni, e se lo permetti, sono molto meno stabili, " ha detto Chin. "Abbiamo confinato le molecole in modo che si trovino su una superficie 2D e possano muoversi solo in due direzioni".

Il risultato è stato un insieme di molecole praticamente identiche, allineate esattamente con lo stesso orientamento, la stessa frequenza vibrazionale, nello stesso stato quantistico.

Gli scienziati hanno descritto questo condensato molecolare come un foglio incontaminato di nuova carta da disegno per l'ingegneria quantistica. "È il punto di partenza ideale in assoluto, " Chin ha detto. "Per esempio, se vuoi costruire sistemi quantistici per contenere informazioni, hai bisogno di una lavagna pulita su cui scrivere prima di poter formattare e archiviare tali informazioni."

Finora, sono stati in grado di collegare insieme alcune migliaia di molecole in uno stato del genere, e stanno iniziando a esplorarne le potenzialità.

"Nel modo tradizionale di pensare alla chimica, pensi a pochi atomi e molecole che si scontrano e formano una nuova molecola, " disse Chin. "Ma nel regime quantistico, tutte le molecole agiscono insieme, nel comportamento collettivo. Questo apre un modo completamente nuovo per esplorare come le molecole possono reagire tutte insieme per diventare un nuovo tipo di molecola.

"Questo è stato un mio obiettivo sin da quando ero studente, " Ha aggiunto, "quindi siamo molto, molto contento di questo risultato".