Gli scienziati dimostrano il teletrasporto quantico usando gli elettroni

Il teletrasporto quantico, o entanglement quantistico, consente alle particelle di influenzarsi a vicenda anche se non sono fisicamente connesse.

Si tratta di un fenomeno predetto da Albert Einstein, che ha sempre suscitato grande interesse anche tra i non scienziati – molto spesso l’entanglement viene romanticamente legato al concetto di amore.

In ogni caso, per quanto riguarda il teletrasporto quantico, non bisogna immaginare una camera in cui si entra per essere spediti da qualche altra parte – come succede nei film di fantascienza –, si tratta, infatti, di un trasporto di informazioni più che di materia.

In questo senso, gli scienziati hanno recentemente dimostrato che coppie di fotoni – particelle elementari prive di massa – potrebbero formare qubit intrecciati, ovvero unità di base delle informazioni quantistiche. La scoperta ha suggerito che questi qubit potrebbero trasmettere informazioni tramite teletrasporto quantistico.

Nella nuova ricerca, per la prima volta, questo è stato dimostrato usando elettroni individuali per formare qubit.

«Forniamo prove di “scambio di entanglement”, in cui creiamo entanglement tra due elettroni anche se le particelle non interagiscono mai, e di “teletrasporto del gate quantico”, una tecnica potenzialmente utile per il calcolo quantistico mediante il teletrasporto», ha dichiarato in una nota John Nichol dell’Università di Rochester, coautore del nuovo articolo pubblicato su Nature Communications.

«Il nostro lavoro mostra che ciò può essere fatto anche senza fotoni».

Consentire agli elettroni di utilizzare le interazioni quantomeccaniche a distanza senza toccarsi potrebbe rivoluzionare lo sviluppo dei computer quantistici.

Gli scienziati creano uno «strano metallo» pieno di elettroni aggrovigliati che potrebbe aiutare nelle tecnologie quantistiche

Un team internazionale di ricercatori ha creato quello che viene chiamato «strange metal», letteralmente «strano metallo» – una scoperta che potrebbe aiutare a sfruttare il potenziale del mondo quantico in modo pratico.

Il metallo, in particolare, riesce a fornire prove della natura di entanglement quantistico della criticità quantistica.

Per capire cosa sia una criticità quantistica, basta pensare alle transizioni di fase classiche, quelle che riguardano la maniera in cui i materiali cambiano stato – un ghiaccio che diventa liquido o un liquido che evapora in gas.

Ecco, anche i materiali nel mondo quantico subiscono transizioni di fase nelle giuste condizioni e quando un materiale quantico è in grado di passare da una fase all’altra, viene detto che si trova in uno stato di «criticità quantistica».

I ricercatori che hanno creato lo «strano metallo» hanno spiegato nel loro studio, pubblicato sulla rivista Science, di aver usato gli elementi itterbio, rodio e silicio per creare questo tipo di metallo in cui gli elettroni agiscono come un’unità piuttosto che in modo indipendente tra di loro – come farebbero in un metallo normale – e di aver scoperto che una volta arrivato alla temperatura più bassa teoricamente possibile (lo zero assoluto o -273,15°C) lo strano metallo subisce una transizione da una fase quantica, in cui forma un ordine magnetico, a un’altra fase in cui non lo forma.

Il fatto che, durante gli esperimenti su film ultrapuri realizzati con il metallo, il team abbia notato un coinvolgimento quantico tra miliardi di miliardi di elettroni potrebbe aiutare nei nostri sforzi per creare tecnologie quantistiche.

«L’entanglement quantistico è la base per l’archiviazione e l’elaborazione delle informazioni quantistiche», ha detto il ricercatore Qimiao Si dell’Università di Rice in un comunicato stampa.

«Allo stesso tempo, si ritiene che la criticità quantistica determini la superconduttività ad alta temperatura. Quindi i nostri risultati suggeriscono che la stessa fisica sottostante – la criticità quantistica – può portare a una piattaforma sia per l’informazione quantistica che per la superconduttività ad alta temperatura».

La cella fotovoltaica di spin, sviluppata dai ricercatori del Politecnico di Milano e dal Cnr, e’ un nuovo dispositivo solare in grado di rivoluzionare il mondo delle tecnologie ad energia pulita

E’ stata sviluppata recentemente una nuova tipologia di cella solare, in grado di rivoluzionare completamente il mondo delle tecnologie ad energia pulita. I ricercatori del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, in collaborazione con l’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del Cnr, hanno infatti sviluppato la cella fotovoltaica di ‘spin’. Lo ‘spin’, in parole molto semplici, è un tipo di ‘grandezza infinitesimale’ riconosciuta nella fisica quantistica ed identificata all’interno degli elettroni. Questa ‘grandezza’, secondo i fisici, può essere teoricamente manipolabile per sfruttare sia le proprietà elettriche che quelle magnetiche delle singole cariche di elettroni (attualmente limitate alla sola produzione di energia elettrica nelle celle fotovoltaiche). 

Gli elettroni infatti, all’interno di una cella fotovoltaica classica, assorbono la luce solare per separare le cariche positive e negative nei vari atomi che compongono i materiali semiconduttori come silicio e germano (e quindi creando una differenza di potenziale con il salto dell’elettrone in un orbitale superiore dell’atomo), al fine di produrre un flusso ‘univoco’ di energia elettrica. Con la scoperta e la manipolazione degli ‘spin’ invece, la cella fotovoltaica può trasformarsi in un rivoluzionario dispositivo optoelettronico in grado di separare le cariche unicamente in base alla ‘configurazione’ che viene data agli spin stessi (‘up’ o ‘down’), sfruttando in questo modo sia la corrente elettrica che le proprietà elettromagnetiche generate dal pannello stesso. Secondo i ricercatori, questa scoperta aprirà le porte ‘ad una nuova era in cui luce, cariche elettroniche e spin potranno interagire in particolari circuiti opto-spintronici’. Per maggiori informazioni, è possibile consultare lo studio ‘Spin voltage generation through optical excitation of complementary spin populations’, recentemente pubblicato sulla rivista scientifica ‘Nature Materials‘.

(Matteo Ludovisi)