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Tag: Quantentechnologie

  • La catena luminosa molecolare apre la strada alle tecnologie quantistiche

    La catena luminosa molecolare apre la strada alle tecnologie quantistiche

    Le porfirine sono elementi costitutivi centrali della natura. Costituiscono la base dell’emoglobina nel sangue o della clorofilla nelle piante. In combinazione con centri metallici, acquisiscono proprietà chimiche e fisiche versatili. I ricercatori dell’Empa hanno ora sfruttato questo principio per agganciare in modo specifico le porfirine a un nanoribbon di grafene con bordi a zigzag. Il legame è stato eseguito con la massima precisione e forma una sorta di catena molecolare con distanze definite con precisione.

    Il magnetismo incontra la logica quantistica
    Il nastro di grafene ha un proprio magnetismo ai bordi, mentre i centri metallici delle porfirine contribuiscono al magnetismo convenzionale. Entrambi i sistemi sono stati accoppiati con successo, un passo decisivo per le applicazioni tecnologiche quantistiche. Il materiale ibrido potrebbe funzionare come una serie di qubit in rete, in cui gli spin sono utilizzati come vettori di informazioni.

    Elettronica e ottica in un unico sistema
    Le porfirine non sono solo magneticamente attive, ma anche otticamente efficaci. Possono emettere luce, la cui lunghezza d’onda è influenzata dallo stato magnetico. Una sorta di catena luminosa molecolare che trasmette informazioni attraverso i cambiamenti di colore. Al contrario, il sistema può essere eccitato dalla luce, che modifica la conduttività e il magnetismo del nastro di grafene. Questo apre una vasta gamma di applicazioni, dai sensori chimici ai componenti elettronici innovativi.

    Mattoncini per il futuro
    La sintesi di queste strutture richiede processi complessi. Sotto vuoto ultraelevato e ad alte temperature, le molecole di partenza, progettate con precisione, vengono “cotte” su una superficie d’oro per formare le catene. Sostenuto dalla Fondazione Werner Siemens, il team dell’Empa sta ora lavorando allo sviluppo di sistemi ancora più versatili, variando i centri metallici e la larghezza del grafene. L’obiettivo è creare materiali di design che costituiscano la base per le future tecnologie quantistiche.

    La combinazione di porfirine e grafene apre una nuova classe di sistemi molecolari. Combina chimica, magnetismo e ottica in strutture su scala nanometrica e pone le basi per l’elettronica e la tecnologia quantistica di domani.

  • La luce controlla l’elettricità nei metalli

    La luce controlla l’elettricità nei metalli

    Un team di ricercatori dell’Università del Minnesota Twin Cities ha raggiunto un importante traguardo. Hanno sviluppato un metodo che utilizza la luce per influenzare il flusso di elettricità in strati estremamente sottili di metallo a temperatura ambiente. Questo nuovo approccio potrebbe contribuire a rendere i sensori ottici e i dispositivi di informazione quantistica significativamente più efficienti in futuro. I risultati intermedi degli scienziati sono stati pubblicati di recente sulla rinomata rivista “Science Advances”.

    Lo studio si basa su strati ultrasottili di biossido di rutenio (RuO2), che sono stati applicati al biossido di titanio (TiO2). A seconda della direzione, questi strati non solo reagiscono in modo diverso alla luce, ma anche al flusso di elettricità. La struttura di questi strati permette di controllare in modo specifico la dinamica degli elettroni e quindi di regolare i flussi di energia.

    Nuovi percorsi grazie all’uso mirato della luce
    Una delle scoperte chiave dei ricercatori è che le reazioni del materiale alla luce possono essere influenzate in modo preciso da cambiamenti mirati nella struttura atomica. Questo effetto controllato si verifica a temperature normali e apre prospettive interessanti per le applicazioni future. “Questa è la prima volta che si dimostra un rilassamento del vettore ultrarapido sintonizzabile e diretto in un metallo a temperatura ambiente”, conferma Seunggyo Jeong, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Scienza dei Materiali dell’Università del Minnesota.

    Questi risultati sfidano molte idee sul comportamento dei metalli degli ultimi anni e dimostrano che il controllo mirato dell’elettricità mediante impulsi di luce controllati è possibile. Questo apre approcci completamente nuovi per gestire l’energia e l’elaborazione delle informazioni negli spazi più piccoli.

    Controllare l’elettricità nei dettagli
    Il consenso precedente in fisica considerava i metalli inadatti a meccanismi di controllo così precisi, perché hanno proprietà elettroniche troppo complesse. Tuttavia, l’attuale team di ricerca ha scoperto che proprio questa complessità, nota come interleaving di banda, può essere utilizzata attivamente per orientare la risposta ultraveloce dei metalli in direzioni diverse. Ciò significa che la capacità del materiale di controllare l’elettricità può essere adattata a seconda della situazione.

    Nuove applicazioni nella tecnologia informatica, nell’archiviazione dei dati, nella tecnologia dei sensori e nella comunicazione potrebbero trarne un enorme beneficio. In particolare, l’efficienza e la velocità dei componenti potrebbero essere notevolmente migliorate grazie al controllo mirato dell’elettricità. Tony Low, co-autore e Professore di Ingegneria Elettrica e Informatica presso l’Università del Minnesota, sottolinea che i risultati forniscono approfondimenti su come le sottili distorsioni strutturali possono modificare la struttura elettronica dei metalli. Questo potrebbe essere fondamentale per le future tecnologie optoelettroniche ultraveloci e sensibili alla polarizzazione.

  • Una scoperta nella tecnologia di calcolo quantistico

    Una scoperta nella tecnologia di calcolo quantistico

    I computer quantistici potrebbero cambiare radicalmente la nostra comprensione della risoluzione dei problemi e dei calcoli nel prossimo futuro. Tuttavia, la tecnologia deve ancora affrontare un ostacolo cruciale: la prontezza di errore dei bit quantistici, che sono i mattoni centrali dei computer quantistici. Google ha raggiunto una pietra miliare significativa con il suo ultimo successo nella correzione degli errori quantistici.

    I ricercatori del Quantum Artificial Intelligence Lab di Google sono riusciti a combinare 97 bit quantistici soggetti a errori in un bit quantistico logico che ha un tasso di errore significativamente inferiore. Si tratta di un passo importante sulla strada dei computer quantistici tolleranti agli errori, che potrebbero eseguire calcoli complessi in futuro.


    Sfide della correzione degli errori quantistici    La sfida più grande per i computer quantistici è l’alta probabilità di errori durante le operazioni di calcolo. Nei sistemi attuali, la probabilità di errore è compresa tra lo 0,01 e l’1 percento, a seconda dell’operazione. Poiché i computer quantistici richiedono potenzialmente migliaia di passaggi di calcolo, ciò significa che la possibilità di errori aumenta in modo esponenziale. Senza un’efficace correzione degli errori, i vantaggi dei computer quantistici sarebbero quasi impossibili da utilizzare nella pratica.

    I ricercatori di Google hanno sviluppato un metodo in cui le informazioni quantistiche sono distribuite su diversi bit quantistici. I bit di misurazione assicurano la stabilità degli stati senza modificare direttamente le informazioni. Questo approccio ridondante, utilizzato anche nei computer classici, ha portato alla formazione di un bit quantico logico più robusto.


    Un progresso decisivo – ma non ancora l’obiettivo    Google è stato in grado di raggiungere una soglia di errore critica, riducendo il tasso di errore di un sistema di bit quantistici da 97-qubit alla metà di quello di un sistema da 49-qubit. Questo progresso è molto apprezzato dagli esperti e può essere paragonato ai risultati rivoluzionari del 2019, quando Google ha dimostrato per la prima volta che i computer quantistici possono superare i computer convenzionali in alcuni compiti.

    Nonostante questo sviluppo promettente, la ricerca quantistica deve ancora affrontare enormi sfide. Il prossimo passo consiste nell’eseguire operazioni di calcolo di base con i bit logici quantistici stabilizzati. A lungo termine, questi bit stabili saranno utilizzati per consentire calcoli complessi e tolleranti ai guasti.


    Computer quantistici tolleranti ai guasti e loro applicazione    Sebbene i progressi fatti finora siano impressionanti, c’è ancora molta strada da fare prima che i computer quantistici siano in grado di risolvere problemi davvero complicati. Si stima che siano necessari circa 1457 bit quantistici fisici per raggiungere un tasso di errore di 1 su 1.000.000 – un requisito minimo per risolvere problemi semplici.

    Per le sfide complesse, come la violazione dei moderni metodi di crittografia, sono necessari addirittura migliaia di bit quantistici logici. Pertanto, sono urgenti ulteriori progressi nella correzione degli errori quantistici e algoritmi più efficienti per ridurre il numero necessario di bit quantistici fisici.


    Un percorso chiaro    I risultati attuali di Google e di altri gruppi di ricerca costituiscono una solida base per lo sviluppo dei computer quantistici del futuro. Anche se rimangono molti ostacoli tecnici, i recenti progressi stanno rendendo più tangibile l’obiettivo di un computer quantistico potente e tollerante ai guasti. Resta da vedere se e come la tecnologia si affermerà nella pratica, ma le prospettive sono ora più chiare che mai.