I ricercatori della Singapore University of Technology and Design (SUTD) hanno scoperto come l'ambiente può avere un impatto su comportamenti quantistici altamente sensibili come la localizzazione. Le loro scoperte, pubblicato in Caos , potrebbe portare a future innovazioni nella progettazione di materiali superconduttori e dispositivi quantistici, inclusi sensori super precisi.

Tecnologia quantistica, in particolare il rilevamento quantistico, promette di misurare e catturare il nostro mondo a livelli di precisione mai prima possibile. Tale precisione ha diverse applicazioni, dall'imaging medico più rapido e più sensibile al tempo di registrazione sulle operazioni di mercato ad alta frequenza, e persino lo sviluppo di sensori in grado di determinare se il terreno sotto di noi è roccia solida o un giacimento naturale di petrolio e gas.

Eppure, nonostante tutto il suo potenziale teorico, rimane una notevole sfida pratica quando si producono dispositivi di misurazione quantistica:controllare il modo in cui rispondono all'ambiente. I dispositivi reali sono estremamente sensibili al rumore, che nel migliore dei casi riduce il loro livello di precisione e nel peggiore porta a livelli di errore inaccettabili. Quando si tratta di realizzare sensori ultra precisi, tale rumore potrebbe sopraffare qualsiasi segnale utile.

Capire come i dispositivi quantistici rispondono al rumore aiuterebbe i ricercatori a trovare nuovi modi per proteggerli dal rumore, rendere più fattibili le nuove tecnologie di misurazione e rilevamento. Oltre ad aumentare la loro precisione, i ricercatori potrebbero persino essere in grado di conferire nuove proprietà ai dispositivi quantistici. "Se potessi regolare la quantità di rumore che questi dispositivi sperimentano, puoi farli funzionare in modo molto diverso e ottenere un dispositivo ancora più interessante, " ha spiegato il Professore Associato Dario Poletti del SUTD, che ha condotto lo studio.

Per esempio, gli scienziati sanno da decenni che il disturbo in un sistema può causare un fenomeno chiamato localizzazione, dove un sistema si "blocca" al suo stato iniziale. D'altra parte, quando le particelle di un sistema interagiscono fortemente tra loro, c'è la possibilità che possano 'staccare', ' questo è, delocalizzato.

Per studiare questo braccio di ferro tra disordine e interazione, Poletti e Ph.D. lo studente Xiansong Xu ha aggiunto una terza variabile:l'ambiente. Partendo da un modello teorico noto come la catena di spin XXZ, i ricercatori hanno dimostrato che l'ambiente può avere effetti contrastanti sulla localizzazione, a seconda della forza sia del disturbo che dell'interazione nel sistema.

Esecuzione di calcoli numerici sul modello, i ricercatori hanno scoperto che mettere il sistema a contatto con un ambiente dissipativo come un bagno di fotoni lo ha spinto verso la delocalizzazione e lo ha reso più mobile, fluido e uniforme, Come l'acqua.

È importante sottolineare che hanno anche scoperto che mentre i sistemi a interazione debole e forte mostravano ancora segni di localizzazione, i tipi di localizzazione erano sorprendentemente diversi:uno più granuloso e bloccato, come sabbia, e l'altro, più uniforme mentre è ancora bloccato, come il ghiaccio.

Questa scoperta teorica suggerisce che le proprietà di alcuni materiali possono essere sintonizzate attraverso i cambiamenti nell'ambiente esterno. Per esempio, i ricercatori potrebbero essere in grado di trasformare un materiale da un isolante in un conduttore illuminandolo con la luce, o trasformare il materiale da un tipo di isolante in un altro, con applicazioni che vanno oltre le tecnologie quantistiche alla scienza dei materiali e alla nanoelettronica.

"Ci sono già dispositivi quantistici là fuori, e probabilmente ne vedremo sempre di più, " Ha detto Poletti. "I dispositivi non sono mai veramente isolati dai loro ambienti, quindi vorremmo capire meglio come possono lavorare in combinazione con l'ambiente".

"Ora la ricerca è scavare più a fondo e cercare sistemi diversi, o vai verso materiali reali e vedi cos'altro può succedere lì, " ha aggiunto. "Questo tipo di ricerca è fatto per molti anni. Stiamo cercando di costruire conoscenze e strumenti fondamentali in modo che alla fine, l'industria può prendere il sopravvento".