Un atomo artificiale che interagisce con le onde acustiche

Un atomo artificiale che interagisce con le onde acustiche

12 settembre 2014

Un dispositivo microscopico costituito da un materiale superconduttore può essere accoppiato a onde acustiche che si propagano sulla superficie di un microchip. Lo ha dimostrato uno studio che apre la strada a nuove applicazione della meccanica quantistica, in cui dispositivi del genere, chiamati atomi artificiali, possono comunicare con i suoni invece che con la luce (red)

lescienze.it

I suoni possono essere usati per far comunicare tra di loro atomi artificiali. Lo ha dimostrato uno studio pubblicato su “Science” da Martin Gustafsson e colleghi della svedese Chalmers University of Technology.

Cuore dell’apparato sperimentale è un atomo artificiale, cioè un circuito elettronico che ha un insieme discreto di stati energetici, proprio come un atomo che si può osservare in natura. Il passaggio da uno stato all’altro, come nella situazione naturale, descritta dalle leggi della meccanica quantistica, è accompagnato dall’emissione di luce (quando si passa a un livello energetico inferiore) o dall’assorbimento di luce (quando si passa a livello energetico superiore).

Gustafsson e colleghi hanno costruito un atomo artificiale lungo un centesimo di millimetro, composto da un materiale superconduttore, in cui cioè la corrente elettrica scorre senza resistenza. Invece di usare onde luminose, nel loro esperimento i ricercatori svedesi hanno colpito l’atomo artificiale con un particolare tipo di onde acustiche, chiamate onde acustiche di superficie. Il nome di onde acustiche di superficie è dovuto al fatto che la frequenza utilizzata nell’esperimento è di 4,8 gigahertz: a queste frequenze, le lunghezze d’onda acustiche sono sufficientemente corte da potersi propagare sulla superficie di un microchip, sul quale è posto l’atomo artificiale.

Le differenze rispetto all’accoppiamento con la luce sono considerevoli. Il suono ha una velocità di propagazione decisamente inferiore, e ha quindi una lunghezza d’onda molto breve rispetto alla luce. Nel caso dell’interazione tra onde luminose, o altre onde di natura elettromagnetica, e atomi artificiali, questi ultimi hanno dimensioni decisamente inferiori rispetto alla lunghezza d’onda della radiazione. Al contrario, l’atomo artificiale di Gustafsson e colleghi può avere dimensioni molto più grandi rispetto alla lunghezza d’onda del suono, a tutto vantaggio della possibilità di controllo delle proprietà dell’apparato. Per esempio, si può progettare l’atomo artificiale in modo che interagisca solo a certe frequenze acustiche, o rendere l’interazione con il suono estremamente forte e stabile.

“Abbiamo aperto una nuova strada nel mondo quantistico, riuscendo a ‘far parlare’ e ad ‘ascoltare’ gli atomi artificiali”, spiega Per Delsing, co-autore della ricerca. “In prospettiva, il nostro obiettivo è sfruttare la fisica quantistica, per esempio per realizzare computer con una capacità di calcolo esponenzialmente più elevata rispetto agli attuali. Per fare ciò dobbiamo realizzare circuiti elettrici che obbediscono alle leggi quantistiche, che che possiamo controllare e studiare”.

http://www.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.1257219