Una nuova ricerca ha dimostrato che le crepe microscopiche nella materia, spesse solo pochi atomi, hanno il potenziale per far avanzare molte tecnologie quantistiche, avvicinandoci all’uso diffuso di reti e sensori quantistici.

Attualmente, i dati quantistici sono memorizzati nelle proprietà di spin degli elettroni, note come Coesione di spin, richiede un’impostazione di laboratorio speciale e molto attenta. Non è qualcosa che puoi fare senza un ambiente attentamente controllato.

Qui, un team internazionale di ricercatori è riuscito a dimostrare la coerenza di spin osservata a temperatura ambiente, utilizzando piccoli difetti in un materiale stratificato bidimensionale chiamato Nitruro di boro esagonale (Habn).

“I risultati mostrano che una volta che un certo stato quantistico viene scritto sullo spin di questi elettroni, questa informazione viene immagazzinata per circa un milionesimo di secondo, rendendo questo sistema una piattaforma molto promettente per le applicazioni quantistiche”. Lui dice Il fisico Carme Gilardoni dell’Università di Cambridge nel Regno Unito.

“Può sembrare breve, ma la cosa interessante è che questo sistema non richiede condizioni speciali: può immagazzinare lo stato quantico di spin anche a temperatura ambiente e senza la necessità di grandi magneti”.

Gli strati di hBN sono tenuti insieme da forze molecolari integrate nel materiale stesso, ma possono svilupparsi difetti durante la produzione o la lavorazione del materiale. Ciò fornisce piccoli spazi in cui gli elettroni possono essere intrappolati.

Non solo i ricercatori sono riusciti a intrappolare e osservare gli elettroni nei difetti hBN, ma sono stati anche in grado di manipolarli utilizzando la luce. Questa è la prima volta che esperimenti di questo tipo vengono condotti a temperature ambiente normali.

Sulla base delle misurazioni del team, hBN sembra promettente come memorizzazione quantistica stabile – anche se gli stati quantistici possono essere memorizzati solo per una frazione di secondo al momento, le indicazioni sono che alla fine potrebbe essere ampliato.

“Lavorare con questo sistema ha evidenziato il potere dell’indagine fondamentale di nuovi materiali”. Lui dice La fisica Hannah Stern dell’Università di Manchester nel Regno Unito.

“Per hBN, come campo possiamo sfruttare la dinamica dello stato eccitato in altre nuove piattaforme di materiali da utilizzare nelle future tecnologie quantistiche”.

Mantenere stabili gli stati quantistici – e le informazioni quantistiche – e proteggerli dalle interferenze è una sfida continua per gli scienziati, che sono costantemente alla ricerca di nuovi materiali e nuove tecnologie per migliorare la stabilità.

Il team sta ora studiando modi per aumentare il tempo di memorizzazione dello spin oltre il milionesimo di secondo. Migliorare l’affidabilità e la qualità dei difetti per la luce che da esso emana.

Man mano che si faranno progressi, lentamente ma inesorabilmente, saremo in grado di sviluppare sensori quantistici più avanzati – in grado di monitorare i più piccoli cambiamenti nell’universo – e reti quantistiche per trasmettere informazioni in modo estremamente rapido ed estremamente sicuro.

“Ogni nuovo sistema promettente amplierà il set di strumenti dei materiali disponibili, e ogni nuovo passo in questa direzione farà avanzare l’implementazione scalabile delle tecnologie quantistiche”. Lui dice rigoroso.

La ricerca è stata pubblicata in Materiali della natura.