Quantistica

La scoperta, presentata dal giornale Science (1), aiuterà gli scienziati nella loro ricerca della superconduttività a temperatura ambiente, un sacro graal della fisica della materia condensata che consentirebbe una trasmissione di potenza senza perdite, macchine MRI più veloci e treni levitanti superveloci. Alcuni materiali che contengono rame e ossigeno mostrano superconduttività (dove l'elettricità scorre senza resistenza) a temperature relativamente elevate, ma comunque rigide, inferiori a meno 140 gradi Celsius.

Le reti in fibra ottica sono ben consolidate per accogliere il traffico dati globale attraverso una trasmissione coerente delle informazioni. La prossima generazione di telecomunicazioni richiederà l’integrazione delle informazioni quantistiche nelle reti in fibra ottica, ad esempio per la distribuzione delle chiavi quantistiche. Un percorso promettente e scalabile per abilitare la rete quantistica è la codifica delle informazioni quantistiche nella frequenza dei fotoni.

L’informatica quantistica, che utilizza le leggi della meccanica quantistica, può risolvere problemi urgenti in un’ampia gamma di campi, dalla medicina all’apprendimento automatico, che sono troppo complessi per i computer classici. I simulatori quantistici sono dispositivi costituiti da unità quantistiche interagenti che possono essere programmate per simulare modelli complessi del mondo fisico.

L'informatica quantistica è un campo interdisciplinare che sfrutta i principi della meccanica quantistica per elaborare informazioni in maniera più veloce ed efficiente rispetto ai computer classici. Una delle applicazioni più promettenti di questa tecnologia è il quantum annealing, una tecnica di ottimizzazione che utilizza il calcolo quantistico per risolvere problemi complessi trovando il minimo energetico di una funzione.

L’Internet quantistica sarebbe molto più semplice da costruire se potessimo utilizzare le tecnologie e le infrastrutture di telecomunicazione esistenti. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno scoperto difetti nel silicio – un materiale semiconduttore onnipresente – che potrebbe essere utilizzato per inviare e archiviare informazioni quantistiche su lunghezze d’onda ampiamente utilizzate nelle telecomunicazioni.

I ricercatori del Berkeley Lab hanno segnalato un importante progresso che potrebbe avvicinarci a un computer quantistico scalabile. Utilizzando un laser a femtosecondi durante gli esperimenti che esplorano il ruolo dell'idrogeno nella formazione dei qubit, i ricercatori hanno sviluppato un metodo che programma la formazione di qubit ottici in banda di telecomunicazioni nel silicio per la produzione su larga scala. La tecnica potrebbe consentire la realizzazione dei computer quantistici scalabili del futuro, basandosi sull’attuale infrastruttura informatica concepita sul silicio.

L'esperimento ha permesso di riprodurre le dinamiche di interazione tra due superfluidi raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto, dimostrando l'importanza della simulazione quantistica con atomi ultrafreddi per esplorare il comportamento dei fluidi in condizioni estreme. Un team di ricerca dell'Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche di Sesto Fiorentino (Cnr-Ino) e dell'Università di Firenze (Laboratorio Europeo di Spettroscopia non lineare e Dipartimento di Fisica), in collaborazione con studiosi e studiose dell'Università di Trieste

Le quasiparticelle emergenti con dispersione di Dirac nei sistemi di materia condensata possono essere descritte dall'equazione di Dirac per gli elettroni relativistici, in analogia con le particelle di Dirac nella fisica delle alte energie. Ad esempio, gli elettroni con dispersione di Dirac sono stati studiati intensamente in sistemi elettronici come il grafene e gli isolanti topologici. Tuttavia, la carica non è un prerequisito per i fermioni di Dirac, ed è stato teoricamente previsto che l'emergere di fermioni di Dirac senza un grado di libertà di carica si realizzi nei liquidi con spin quantistico di Dirac. Queste quasiparticelle hanno uno spin pari a 1/2 ma sono cariche neutre e quindi sono chiamate spinoni.

Le oscillazioni dei neutrini alle energie più elevate e alle linee di base più lunghe possono essere utilizzate per studiare la struttura dello spaziotempo e testare i principi fondamentali della meccanica quantistica. Se la metrica dello spaziotempo ha una descrizione quantomeccanica, ci si aspetta che le sue fluttuazioni sulla scala di Planck introducano effetti non unitari che sono incoerenti con l’evoluzione temporale unitaria standard della meccanica quantistica. I neutrini che interagiscono con tali fluttuazioni perderebbero la loro coerenza quantistica, deviando dalla composizione del sapore oscillatorio prevista a lunghe distanze e ad alte energie.

L'entanglement è una forma di correlazione tra oggetti quantistici, come particelle su scala atomica. Questo fenomeno unicamente quantistico non può essere spiegato dalle leggi della fisica classica, eppure è una delle proprietà che spiega il comportamento macroscopico dei sistemi quantistici. L'entanglement e la sua propagazione sono fondamentali per comprendere molte proprietà fisiche dei sistemi quantistici. In particolare, all'interno dei sistemi quantistici chiusi a molti corpi, si ritiene che l'entanglement produca un comportamento termodinamico emergente.