Passo avanti sperimentale verso i supercomputer quantistici

Scienziati di quattro Paesi europei hanno confermato uno dei modelli del magnetismo degli Spin intuiti da Duncan Halden, Premio Nobel nel 2016

Passo avanti verso i supercomputer quantistici. Sotto la guida di scienziati dell’International Iberian Nanotechnology Laboratory e dell’EMPA, un team internazionale di ricercatori provenienti da Svizzera, Portogallo, Germania e Spagna è riuscito a costruire catene di Spin quantistici a base di carbonio, riuscendo a “catturare” sperimentalmente l’emergere di uno dei modelli cardine del magnetismo quantistico proposto per la prima volta nel 1983 dallo scienziato londinese Frederick Duncan Michael Haldane, vincitore del Premio Nobel per la fisica nel 2016.
Pubblicati sulla rivista “Nature”, i risultati dell’équipe tutta europea potrebbero avere implicazioni diffuse nella comprensione del magnetismo quantico bidimensionale e potrebbero contribuire al boom emergente del calcolo quantistico.

Quelle “oscure realtà” cariche di (nuovi) misteri sul cosmo

Un’inversione dei principi naturali: dal più grande al più piccolo

Siamo tutti abituati all’idea che le unità più semplici in natura interagiscono per formare strutture complesse.
Prendiamo, per esempio, la catena della vita, dove gli atomi si combinano per formare molecole, le molecole si uniscono per generare cellule, le cellule si aggregano per formare tessuti, e così via, portando infine alla formazione di organismi complessi come gli esseri umani.
Nel mondo quantistico, tuttavia, dove gli scienziati inseguono nuovi ed eccezionali supercomputer, questo processo può funzionare al contrario, laddove le interazioni tra due oggetti complessi portano all’emergere di specie più semplici.

Un pieno di energia dall’eccitazione di molecole… colorate

Una magia della fisica: gli Spin dei magneti “segati” a metà

Tutte le particelle elementari hanno uno “Spin”, una proprietà fondamentale che regola la loro interazione con i campi magnetici.
Gli Spin sono quantizzati, il che significa che possono assumere soltanto valori discreti. Lo Spin è una forma di momento angolare, avendo di tale entità fisica le dimensioni e, pur non esistendo una grandezza corrispondente in meccanica classica, per analogia richiama la rotazione della particella intorno al proprio asse: esso viene in effetti anche definito come momento angolare intrinseco.
È però necessario chiarire che lo Spin non è associato a una reale rotazione della particella secondo il comune concetto applicato agli oggetti macroscopici; infatti, i fotoni o gli elettroni, che sono considerati puntiformi, possiedono a loro volta uno Spin.
Gli elettroni hanno il più piccolo Spin possibile che può assumere due valori discreti, mentre i successivi sistemi più semplici sono quelli il cui Spin assume tre valori discreti: questi sono soprannominati Spin ½ e Spin 1, rispettivamente.
Negli Anni 80, fu ipotizzato che una catena unidimensionale di unità di Spin 1 interagenti dovrebbe essere “frazionata”, in modo tale che le unità terminali della catena si comportino, contro intuitivamente, come oggetti di Spin ½.
Quindi, proprio come i maghi e gli illusionisti che sembrano segare una… persona in due metà e separarla, le correlazioni quantistiche nella catena dividono uno Spin 1 in due entità di Spin ½.

Così la scienza dei dati è scesa in campo contro la povertà

Le eccitazioni dell’idrocarburo Triangulene su una base d’oro

Testare questa previsione in laboratorio è stato sempre impegnativo per vari motivi, il principale dei quali è che i materiali convenzionali non sono unidimensionali.
Mentre la prova indiretta di un frazionamento di Spin è stato notato in cristalli di catene organometalliche contenenti ioni di metalli di transizione, un’osservazione diretta del fenomeno è rimasta sempre un miraggio.
Una squadra internazionale di ricercatori, composto adesso dal Laboratorio Internazionale Iberico di Nanotecnologia di Braga e dai Laboratori Federali Svizzeri per la Scienza e la Tecnologia dei Materiali di Dübendorf, San Gallo e Thun, ha trovato un percorso notevole per realizzare questa impresa e realizzare eccezionali supercomputer.
Combinando la chimica organica e la scienza delle superfici nel vuoto ultraspinto, il team ha fabbricato catene di un idrocarburo aromatico policiclico triangolare con Spin 1, noto come Triangulene.
Utilizzando un microscopio a effetto tunnel, l’équipe di ricercatori ha poi sondato le eccitazioni magnetiche di queste catene di Spin su una superficie d’oro.
Hanno scoperto che, oltre una certa lunghezza, le unità terminali delle catene di Triangulene hanno esibito risonanze Kondo, che sono un’impronta spettroscopica caratteristica degli oggetti quantici di Spin ½ a contatto con una superficie metallica.

Robot liquidi come… cellule per esplorare ambienti estremi

Dalle reti bidimensionali di magneti ai calcolatori quantici

I ricercatori sono convinti che i sistemi di Spin molecolari facilmente e direttamente accessibili, che mostrano un comportamento fortemente correlato degli elettroni, diventeranno un fertile terreno di gioco per sviluppare e testare nuovi concetti teorici.
Oltre ad esplorare le catene di Spin lineari, gli scienziati si stanno anche concentrando su reti bidimensionali di magneti quantistici. Tali reti di Spin sono una promettente piattaforma materiale per la computazione quantistica e i supercomputer.

La prima batteria… biodegradabile è già realtà in Svizzera