La fisica sta vivendo un momento storico grazie alla scoperta di una nuova fase della materia che potrebbe rivoluzionare il mondo dell’informatica quantistica. Un team di ricercatori del Cavendish Laboratory dell’Università di Cambridge ha sviluppato un vetro di Bose bidimensionale, una struttura innovativa che promette di migliorare significativamente la conservazione dei dati e ridurre la decoerenza nei sistemi quantistici.
Un vetro di Bose che crea una nuova fase della materia
Il vetro di Bose, come suggerisce il nome, possiede proprietà vetrose in cui le particelle sono localizzate e restano fisse in posizione. Questo significa che ogni particella nel sistema si attacca a se stessa, evitando di mescolarsi con le particelle vicine. Immaginate che il caffè con il latte mescolato mantenesse per sempre un intricato motivo di strisce bianche e nere invece di sbiadire gradualmente – questo è l’effetto che si ottiene con la localizzazione delle particelle in un vetro di Bose.
Per ottenere questa nuova fase della materia, il team di Cambridge ha utilizzato raggi laser sovrapposti per creare un modello quasiperiodico. Questo modello è ordinato a lungo raggio come un cristallo tradizionale, ma non segue un pattern periodico. Quando gli atomi ultrafreddi, raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto, vengono inseriti nella struttura risultante, si forma il vetro di Bose.
Implicazioni per l’informatica quantistica
“La localizzazione non è solo uno dei nodi più difficili da risolvere nella meccanica statistica, ma può anche aiutare a far progredire l’informatica quantistica,” ha dichiarato il professor Ulrich Schneider, che ha guidato lo studio. Secondo Schneider, un sistema localizzato non interagisce con l’ambiente circostante, il che significa che l’informazione quantistica memorizzata in un sistema localizzato potrebbe essere conservata molto più a lungo.
“Una grande limitazione dei grandi sistemi quantistici è che non possiamo modellarli su un computer,” ha spiegato Schneider. “Per descrivere con precisione il sistema, dobbiamo considerare tutte le sue particelle e tutte le loro possibili configurazioni, un numero che cresce molto rapidamente. Tuttavia, ora disponiamo di un esempio 2D reale che possiamo studiare direttamente e osservare le sue dinamiche e statistiche.”
Simulazione quantistica e meccanica statistica
Il team di Schneider si dedica alla simulazione quantistica e alla dinamica quantistica a molti corpi, utilizzando atomi ultrafreddi per studiare effetti che non possono essere simulati numericamente senza un grande computer quantistico. In generale, i sistemi si rilassano in uno stato termico dove solo la temperatura è rilevante, semplificando notevolmente il problema. Tuttavia, il vetro di Bose sembra non essere ergodico, il che significa che non “dimentica i suoi dettagli“, rendendolo un candidato ideale per lo studio della localizzazione di molti corpi.
Un futuro brillante
Il dottor Jr-Chiun Yu, primo autore dello studio, ha espresso le sue aspirazioni per il futuro: “È un’aspirazione a lungo termine trovare un sistema o un materiale che abbia una localizzazione a molti corpi. Un tale materiale offrirebbe molte nuove possibilità, non solo per gli studi fondamentali, ma anche per la costruzione di computer quantistici, poiché le informazioni quantistiche memorizzate in un tale sistema dovrebbero rimanere più locali e non fuoriuscire nel suo ambiente.”
Durante l’esperimento, i ricercatori hanno osservato una transizione di fase sorprendentemente brusca da un vetro di Bose a un superfluido, simile a come il ghiaccio si scioglie quando la temperatura aumenta. Il dottor Bo Song, che ha contribuito alla ricerca, ha spiegato: “Immaginate le particelle che nuotano attraverso un superfluido; Non ci sarebbe attrito e il fluido non li rallenterebbe. Questa proprietà, chiamata superfluidità, è strettamente correlata alla superconduttività.”
Nonostante le promettenti scoperte, il professor Schneider avverte che è necessario procedere con cautela. “Ci sono molte cose che ancora non capiamo sul vetro di Bose e sulla sua potenziale connessione con la localizzazione di molti corpi, sia per quanto riguarda la loro termodinamica che le proprietà dinamiche. Dovremmo prima concentrarci sulla risposta a un maggior numero di queste domande prima di cercare di trovarne un uso,” ha concluso Schneider.
