Di solito sono ghiacciati.
La maggior parte dei materiali quantistici. Le cose delicate che piegano la fisica. Quelli con il potenziale folle per la scienza e la tecnologia. Per funzionare hanno bisogno di temperature ultra-basse.
Spostarli dal frigorifero del laboratorio? Impossibile. Almeno lo era.
Finora.
I ricercatori della Louisiana State University (LSU) hanno creato qualcosa di nuovo. Un materiale quantistico a temperatura ambiente. È costruito sull’oro. Nello specifico, una sottile pellicola d’oro sopra un frammento di vetro. Motivi microscopici sono scolpiti direttamente in quell’oro.
Un articolo su questa svolta è già pubblicato su Nature.
Ecco perché è importante. Probabilmente ti è stato detto che il calore distrugge gli stati quantistici. Caos a livello atomico. Gli elettroni si aggrovigliano. La termodinamica mette i bastoni tra le ruote. Questa nuova configurazione capovolge la sceneggiatura. Non combatte il caldo congelando tutto. Ignora i soliti colpevoli.
Si concentra sui fotoni. Leggero.
Come i metacristalli plasmonici filtrano la realtà
Questo dispositivo è classificato come metacristallo plasmonico. Il nome è denso, ma la meccanica è semplice. “Plasmonico” si riferisce alla luce che crea increspature nella densità elettronica sulla superficie metallica. Chiamiamo queste increspature plasmoni.
“Metacristallo” significa che non è naturale. È artificiale.
Le minuscole fessure incise su quel chip d’oro agiscono come atomi artificiali. I fisici li chiamano meta-atomi. Questi determinano il modo in cui i gruppi di fotoni attraversano il materiale. Questo passaggio è il comportamento quantistico che stiamo cercando di sfruttare.
“Progettando la distribuzione dei meta-atomi nel metacistallo plasmonico, possiamo stabilire sistematicamente quali statistiche quantistiche possono passare”, spiega il fisico Riley Dawkins.
“Il cristallo funge da filtro statistico.”
La luce colpisce il chip. Viaggia sull’oro. I metaatomi lo manipolano. Modificando la dimensione, la forma e la spaziatura della fessura si modifica l’output a livello quantico. Non è magia. È una geometria precisa che controlla la luce.
Perché il funzionamento a temperatura ambiente rompe gli schemi
Ciò consente ciò che il team chiama trasporto robusto.
Gli stati quantistici di solito trasportano informazioni. Delicatamente. Ma si degradano quando si intromette il rumore. Il nuovo materiale LSU può distinguere tra questi stati. Li sposta dal punto A al punto B senza che il rumore entri. Soprattutto, senza richiedere il raffreddamento criogenico per farlo.
“Essenzialmente ciò che accade è che diversi tipi di luce, a seconda degli stati quantistici in cui si trovano, hanno proprietà diverse”, afferma il fisico Omar Magaña-Loga.
“Possiamo guidare uno stato rispetto a un altro senza perdite o rumore… Questo apre le porte alla pratica tecnologia quantistica.”
È un cambiamento enorme. Non stiamo ancora parlando di far funzionare un computer quantistico su una scrivania. Questa è una prova di concetto. La scienza regge. La fisica fondamentale è valida. Ma dimostra che l’ostacolo principale, ovvero la stabilità termica a livello del dispositivo, è superabile.
“Veder funzionare esattamente come previsto è stato incredibile”, ha detto Chenglong You alla stampa. “Ha fatto qualcosa che la natura non fornisce nemmeno.”
Qual è il futuro dei chip d’oro quantistici?
Il metodo non è bloccato in un cassetto del laboratorio. È un progetto. Altre squadre possono guardare questi documenti. Possono regolare le dimensioni e le spaziature delle fessure per modificare il modo in cui i loro cristalli elaborano la luce. Si ridimensiona. È adattabile.
Sì, la luce stessa è quantistica. L’ultravioletto colpisce in modo diverso rispetto alla luce laser. Certo, i tentativi precedenti hanno visto un comportamento quantistico a temperatura ambiente. Ma questo è diverso. È un meccanismo di ordinamento avanzato. Un’architettura basata su chip per la gestione dei flussi di informazioni quantistiche.
Dove finisce l’applicazione?
Calcolare. Comunicazioni. L’internet quantistica. Energia solare.
I ricercatori si stanno già concentrando sull’energia. Progettano di utilizzare questi metacristalli plasmonici nei pannelli solari. L’obiettivo: orientare la luce solare in entrata in modo più efficace. Cattura più potenza. Perde meno a causa del calore. È un ciclo iterativo di efficienza.
Per ora, il futuro immediato della tecnologia quantistica sembrava essere chiuso dietro porte di vetro e azoto liquido.
La chiave è stata fusa in uno schema.
