Quantistica

La nostra capacità di stipare transistor sempre più piccoli su un chip ha reso possibile l'era odierna dell'informatica onnipresente. Ma questo approccio sta finalmente incontrando dei limiti, con alcuni esperti che dichiarano la fine della Legge di Moore e di un principio correlato, noto come Scaling di Dennard. Questi sviluppi non potrebbero arrivare in un momento peggiore. La domanda di potenza di calcolo è salita alle stelle negli ultimi anni grazie in gran parte alla crescita dell’intelligenza artificiale, e non mostra segni di rallentamento.

Le strutture fotoniche disordinate sono promettenti per la realizzazione di funzioni fisiche non clonabili: oggetti fisici che possono superare i limiti della sicurezza digitale convenzionale e abilitare protocolli crittografici immuni dagli attacchi dei futuri computer quantistici. La configurazione fisica delle tradizionali funzioni fisiche non clonabili è fissa o può essere modificata solo in modo permanente, consentendo un token per dispositivo e limitandone la praticità.

L’eccitazione e il controllo non lineare delle vibrazioni del reticolo con la luce sono diventati un metodo potente per manipolare le proprietà dei materiali quantistici fuori equilibrio. Generalizzare dalle interazioni fonone-fonone coerenti agli accoppiamenti non lineari tra altri tipi di modalità collettive aprirebbe ulteriori opportunità per progettare le proprietà dinamiche dei solidi. Ad esempio, le eccitazioni collettive dell’ordine magnetico – i magnoni – possono trasportare informazioni con poca dissipazione di energia, e il loro controllo coerente e non lineare fornirebbe un percorso interessante per ottenere l’elaborazione e l’archiviazione delle informazioni basate sulla modalità collettiva nella prossima spintronica e magnonica.

I ricercatori di Harvard hanno realizzato una pietra miliare nella ricerca di un calcolo quantistico stabile e scalabile, una tecnologia ad altissima velocità che consentirà progressi rivoluzionari in una varietà di campi, tra cui medicina, scienza e finanza. Il team, guidato dal dottor Mikhail Lukin (1), professore di fisica e co-direttore della Harvard Quantum Initiative (2), ha creato il primo processore quantistico logico programmabile, in grado di codificare fino a 48 qubit logici ed eseguire centinaia di operazioni di porte logiche, un notevole miglioramento rispetto agli sforzi precedenti.

Lo sforzo per scoprire una teoria quantistica della gravità è motivato dalla necessità di conciliare l'incompatibilità tra teoria quantistica e relatività generale. Una teoria radicale che unifica costantemente gravità e meccanica quantistica preservando il concetto classico di spaziotempo di Einstein è stata annunciata in due articoli pubblicati simultaneamente dai fisici dell'UCL (University College London). I fisici offrono un approccio alternativo costruendo una teoria coerente della gravità classica accoppiata alla teoria quantistica dei campi.

Il problema del partizionamento dei numeri (number partitioning problem - NPP) è uno dei problemi computazionali NP-completi (nondeterministic polynomial-time complete). La sua soluzione esatta definita generalmente richiede un controllo di tutte le soluzioni N candidate, che è esponenzialmente grande. Un approccio teorico potenzialmente rivoluzionario all’hardware del calcolo quantistico evita gran parte della intricata complessità riscontrata negli attuali computer quantistici. La strategia implementa un algoritmo nelle interazioni quantistiche naturali per elaborare una varietà di problemi del mondo reale più velocemente di quanto possano fare i computer classici o i computer quantistici convenzionali basati su gate.

Gli atomi di cobalto sulle superfici dei metalli nobili sono considerati sistemi prototipici per l'effetto Kondo negli esperimenti di microscopia a effetto tunnel. Recenti calcoli, tuttavia, suggeriscono che l’anomalia spettroscopica di polarizzazione zero osservata sperimentalmente può essere interpretata in termini di eccitazioni dello spin dell’atomo di Co (Co atom) e della formazione di un nuovo stato a molti corpi, vale a dire lo spinarone, piuttosto che da una risonanza Kondo. Lo spinarone è un polarone magnetico che risulta dall'interazione delle eccitazioni di spin con gli elettroni di conduzione. Tuttavia, la conferma sperimentale dell’esistenza degli spinaroni rimane sfuggente.

La Fisica dei Quanti o, più propriamente, Meccanica Quantistica, ha rivoluzionato la visione scientifica della realtà ed offre una solida base di conoscenza per ampliare i propri orizzonti mentali. Lo studioso americano Stuart Hameroff e il fisico inglese Roger Penrose hanno sviluppato una teoria quantistica della coscienza, affermando che le anime sono contenute all’interno di strutture chiamate microtubuli che vivono all’interno delle cellule cerebrali (neuroni).

Il controllo dei materiali quantistici con la luce è di fondamentale importanza e tecnologia. Utilizzando il forte accoppiamento tra luce e materia nelle cavità ottiche, studi recenti sono stati in grado di modificare alcune delle loro caratteristiche più distintive. Un nuovo studio condotto dal dottor Vinod M. Menon (1) e dal suo gruppo presso il City College of New York (2) mostra che intrappolare la luce all’interno dei materiali magnetici può migliorare notevolmente le loro proprietà intrinseche.

Un team di ricercatori di tutta Europa, coordinato da Miriam Serena Vitiello dell'Istituto nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche di Pisa (Cnr-Nano), ha realizzato un innovativo laser a semiconduttore miniaturizzato, o laser “a cascata quantica”, compatto ed economico, in grado di generare impulsi brevi di radiazione a frequenze terahertz.