Verso una nuova tecnologia quantistica: i fisici uniscono per la prima volta due cristalli del tempo

Anche se sembra uscito da un film di fantascienza, non lo è. Per la prima volta è stato possibile unire due cristalli temporali, un fatto che apre la strada [...] ..

Verso una nuova tecnologia quantistica: i fisici uniscono per la prima volta due cristalli del tempo

Anche se sembra uscito da un film di fantascienza, non lo è. Per la prima volta è stato possibile unire due cristalli temporali, un fatto che apre la strada a una nuova tecnologia quantistica. Gli scienziati sono stati in grado di unire questi due gruppi isolati di particelle che tendono a comportarsi come strani stati della materia. Tali particelle sono chiamate cristalli temporali e potrebbero essere utili nell’informatica quantistica.

Due anni fa, questi stessi fisici avevano osservato come interagivano due cristalli temporali e pubblicato le loro scoperte in un articolo. Ma quello era solo il primo passo, poi sarebbe seguito il più importante, unendo queste due particelle. Questa scoperta segna un prima e un dopo nell’elaborazione delle informazioni quantistiche.

Prima, si credeva praticamente impossibile realizzare un’impresa del genere. Tuttavia, oggi è una realtà.

Cristalli temporali e loro importanza nella tecnologia quantistica

I cristalli temporali sono una fase della materia molto simile ai normali cristalli, ma con una proprietà aggiuntiva, peculiare e molto speciale.

Nei cristalli regolari, gli atomi sono disposti in una struttura reticolare tridimensionale fissa, un po’ come il reticolo atomico in un diamante o un cristallo di quarzo. Questi nastri ripetuti possono differire nella configurazione, ma qualsiasi movimento che esibiscono deriva esclusivamente da spinte esterne.

Nei cristalli temporali, gli atomi si comportano in modo leggermente diverso. Esibiscono schemi di movimento nel tempo che non possono essere spiegati così facilmente da una spinta esterna. Queste oscillazioni, chiamate ‘tic-tac’, sono bloccate su una particolare frequenza regolare.

Teoricamente, i cristalli temporali funzionano nel loro stato energetico più basso possibile, chiamato stato fondamentale. In quello stato, i cristalli rimangono stabili per lunghi periodi di tempo. La struttura dei cristalli temporali non si ripete solo nello spazio, ma anche nel tempo. Questo favorisce uno stato di moto perpetuo.

Come sono riusciti a unire i cristalli del tempo?

I cristalli temporali con cui il team ha lavorato sono costituiti da quasiparticelle chiamate magnon. I magnoni emergono quando l’elio-3, un isotopo stabile dell’elio con due protoni ma un solo neutrone, si raffredda entro un decimillesimo di grado dallo zero assoluto. Questo crea un superfluido in fase B a bassa pressione e viscosità zero.

In questo mezzo, i cristalli temporali si sono formati come condensati di Bose-Einstein spazialmente distinti, ciascuno composto da un trilione di quasiparticelle di Magnon.

Un condensato di Bose-Einstein si forma dai bosoni raffreddati a solo una frazione sopra lo zero assoluto, senza raggiungerlo. Questo li fa sprofondare nel loro stato energetico più basso, muovendosi estremamente lentamente e avvicinandosi abbastanza da sovrapporsi. A questo punto viene prodotta una nuvola di atomi ad alta densità che agisce come un ‘super atomo’ o onda di materia.

Quando i due cristalli temporali potevano toccarsi, si scambiavano i magnon. Questo scambio ha influenzato l’oscillazione di ciascuno dei cristalli temporali, creando un unico sistema con la possibilità di operare in due stati discreti.

Una svolta nella fisica quantistica

Nella fisica quantistica, la creazione di un cristallo temporale che opera in un sistema a due stati fornisce nuove e ricche opzioni come base per le tecnologie quantistiche. I cristalli temporali sono molto lontani dall’essere implementati come qubit, poiché ci sono un numero significativo di ostacoli da risolvere per primi. Ma i pezzi stanno cominciando ad andare a posto.

All’inizio di quest’anno, un diverso team di fisici ha annunciato di aver creato con successo cristalli temporali a temperatura ambiente che non hanno bisogno di essere isolati dall’ambiente circostante.

Le interazioni più sofisticate tra i cristalli temporali dovranno essere sviluppate e dovranno essere rigorosamente controllate dai fisici. Dovranno anche dare un’occhiata a come interagiscono i cristalli temporali senza la necessità di superfluidi raffreddati. Di fronte a queste sfide, gli scienziati sono ottimisti.

Prima si pensava che due cristalli non potessero esistere insieme, e ora questo è stato smentito. Inoltre, è stato dimostrato che possono esistere a temperatura ambiente.


Fonti:

  • Nonlinear two-level dynamics of quantum time crystals [link]
  • Two Time Crystals Have Been Successfully Linked Together For The First Time [link]