Prima osservazione di un salto quantico macroscopico

Una delle caratteristiche distintive degli oggetti quantistici è la loro capacità di passare da uno stato eccitato a uno stato fondamentale senza passare attraverso stati intermedi.

Le conseguenze dei salti quantistici riempiono il nostro mondo: la chimica, per esempio, è essenzialmente la scienza dei salti quantistici.

Ma mentre è facile vedere le conseguenze dei salti quantici, è molto più difficile coglierli sul fatto.

Negli ultimi anni, i fisici hanno lavorato duramente per osservare effettivamente mentre vari oggetti quantistici fanno un salto. Lo hanno fatto per fotoni, elettroni, ioni e atomi intrappolati, persino alcune molecole. Non è facile ma si può fare

Ma non hanno mai visto un oggetto macroscopico saltare da un livello di energia a un altro. Non per mancanza di fenomeni quantistici macroscopici; ci sono molte tra cui scegliere, come il laser e la superconduttività.

Tutto ciò cambia oggi con un annuncio di Rajamani Vijayaraghavan e compagni dell'Università della California, Berkeley, che hanno visto per la prima volta un oggetto quantistico macroscopico saltare.

L'oggetto in questione è un qubit superconduttore, quello che i fisici a volte chiamano un atomo artificiale. L'atomo è un circuito superconduttore in cui il flusso di carica in una particolare direzione può rappresentare uno 0 mentre il flusso nella direzione opposta rappresenta 1, ad esempio.

I fisici possono osservare un qubit superconduttore immergendolo in fotoni a microonde all'interno di una cavità. l'interazione tra fotone e qubit modifica le proprietà del fotone, come la sua fase, che può essere misurata all'uscita dalla cavità.

Ma per vedere un salto di qubit, i fotoni devono rimanere in giro per un tempo abbastanza lungo, circa un microsecondo o giù di lì. Ma essendo i fotoni cose effimere, tendono ad allontanarsi molto prima di questo.

Il trucco che Vijayaraghavan e compagni hanno perfezionato è quello di progettare una cavità che mantenga occupati i fotoni abbastanza a lungo da sperimentare il salto. Quando ciò accade, è facile da vedere. Dicono che sia la prima osservazione di salti quantistici in un sistema quantistico macroscopico.

Per macroscopici, significano circa 10 micrometri di diametro, la dimensione del loro circuito superconduttore. È circa la dimensione di un globulo rosso.

Questo è un risultato nuovo, ma è anche potenzialmente utile. La capacità di monitorare i qubit che saltano da uno stato all'altro è una tecnologia abilitante che potrebbe trasformare l'informatica quantistica. Ad esempio, i codici di correzione degli errori, senza i quali i computer non funzionano, si basano su questo tipo di controllo.

Inoltre, Vijayaraghavan e compagni affermano che le loro idee possono essere facilmente applicate ad altri tipi di sistemi quantistici. La nostra tecnologia può essere facilmente integrata in circuiti ibridi che coinvolgono magneti molecolari, vacanze di azoto nel diamante o punti quantici di semiconduttori, dicono.

Se ciò si rivelasse vero, questa potrebbe essere una di quelle scoperte ingegneristiche che possono trasformare dispositivi dimostrativi poco pratici in centrali elettriche pratiche in grado di operare nel mondo reale. Aspettiamo e vediamo.

Rif: arxiv.org/abs/1009.2969 : Osservazione dei salti quantici in un atomo artificiale superconduttore

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