L'informatica quantistica - considerata la centrale elettrica dei compiti computazionali - può avere applicazioni in aree al di fuori della pura elettronica, secondo un ricercatore dell'Università di Pittsburgh e i suoi collaboratori.
Lavorando all'interfaccia tra misurazione quantistica e nanotecnologia, Gurudev Dutt, professore assistente nel Dipartimento di Fisica e Astronomia di Pitt alla Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences, e i suoi colleghi riportano le loro scoperte in un articolo pubblicato online il 18 dicembre in Nanotecnologia della natura . Il documento documenta importanti progressi verso la realizzazione di un imager magnetico su nanoscala comprendente singoli elettroni racchiusi in un cristallo di diamante.
"Pensa a questo come a una tipica procedura medica, una risonanza magnetica (MRI), ma su singole molecole o gruppi di molecole all'interno delle cellule anziché sull'intero corpo. Le tecniche di risonanza magnetica tradizionali non funzionano bene con volumi così piccoli, quindi uno strumento deve essere costruito per ospitare tale lavoro di alta precisione, "dice Dutt.
Però, una sfida significativa è sorta per i ricercatori che lavorano sul problema della costruzione di uno strumento del genere:come si misura con precisione un campo magnetico utilizzando la risonanza dei singoli elettroni all'interno del cristallo di diamante? La risonanza è definita come la tendenza di un oggetto ad oscillare con maggiore energia ad una particolare frequenza, e avviene naturalmente intorno a noi:per esempio, con strumenti musicali, bambini sull'altalena, e orologi a pendolo. Dutt afferma che le risonanze sono particolarmente potenti perché consentono ai fisici di effettuare misurazioni sensibili di quantità come la forza, messa, e campi elettrici e magnetici. "Ma limitano anche il campo massimo che si può misurare con precisione".
Nell'imaging magnetico, ciò significa che i fisici possono rilevare solo una gamma ristretta di campi da molecole vicino alla frequenza di risonanza del sensore, rendendo il processo di imaging più difficile.
"Si può fare, "dice Dutt, "ma richiede un'elaborazione delle immagini molto sofisticata e altre tecniche per capire cosa si sta immaginando. In sostanza, bisogna usare il software per correggere i limiti dell'hardware, e le scansioni richiedono più tempo e sono più difficili da interpretare."
Dutt—lavorando con la ricercatrice post-dottorato Ummal Momeen e la dottoranda Naufer Nusran (A&S'08 G), entrambi nel Dipartimento di Fisica e Astronomia di Pitt, ha utilizzato metodi di calcolo quantistico per aggirare la limitazione hardware per visualizzare l'intero campo magnetico. Estendendo il campo, i ricercatori di Pitt hanno migliorato il rapporto tra la massima intensità di campo rilevabile e la precisione di campo di un fattore 10 rispetto alla tecnica standard utilizzata in precedenza. Questo li avvicina di un passo verso un futuro strumento di risonanza magnetica su scala nanometrica che potrebbe studiare le proprietà delle molecole, materiali, e cellule in modo non invasivo, visualizzare dove si trovano gli atomi senza distruggerli; i metodi attuali impiegati per questo tipo di studio inevitabilmente distruggono i campioni.
"Questo avrebbe un impatto immediato sulla nostra comprensione di queste molecole, materiali, o cellule viventi e potenzialmente ci consentono di creare tecnologie migliori, "dice Dutt.
Questi sono solo i primi risultati, dice Dutt, e si aspetta ulteriori miglioramenti da apportare con ulteriori ricerche:"Il nostro lavoro mostra che i metodi di calcolo quantistico vanno oltre le pure tecnologie elettroniche e possono risolvere problemi che, prima, sembravano ostacoli fondamentali per fare progressi con misurazioni di alta precisione."
