Fonte: Sci-X
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La frequenza di risonanza dei singoli difetti atomici può essere modificata mediante deformazione meccanica. Materiali per componenti nanoelettronici possono essere studiati meglio.
In futuro lontano, i bit quantistici superconduttivi potranno servire come componenti di computer di alte prestazioni. Oggi già ci aiutano a capire meglio la struttura dei solidi, come è riportato da ricercatori di Karlsruhe Institute of Technology sulla rivista Science. Per mezzo di giunzioni Josephson, hanno misurato le oscillazioni dei singoli atomi "tunnelizzanti" tra due posizioni. Ciò significa che gli atomi oscillavano meccanicamente in modo quantistico. La deformazione del provino ha anche cambiato la frequenza (DOI: 10.1126/science.1226487).
"Ora, siamo ora in grado di controllare direttamente le frequenze dei singoli atomi tunnelizzanti in un solido", dicono Alexey Ustinov e Georg Weiß, professori presso l'Istituto di Fisica del KIT e membri del Centro per le Nanostrutture funzionali del CFN.
Il campione usato per questo scopo è costituito da un anello superconduttivo, interrotto da un non-conduttore di spessore nanometrico, una cosiddetta giunzione Josephson. Il qubit formato in questo modo può essere commutato con grande precisione tra due stati quantici. "È interessante notare che questo qubit di Josephson si accoppi ad altri sistemi quantistici atomici nel non-conduttore", spiega Ustinov. "E misuriamo le loro frequenze di tunneling attraverso questo accoppiamento."
A temperature leggermente sopra lo zero assoluto, la maggior parte delle sorgenti di rumore nel materiale è spenta. L’unico rumore residuo rimanente è prodotto dagli atomi del materiale quando saltano tra due posizioni equivalenti. "Questi spettri di frequenza dei salti di atomi possono essere misurati molto precisamente, con la giunzione Josephson", dice Ustinov. "Metaforicamente parlando, abbiamo un microscopio per la meccanica quantistica dei singoli atomi."
Nell'esperimento effettuato, sono stati contati 41 atomi ‘saltanti’ e i loro spettri di frequenza sono stati misurati, mentre il campione è stato leggermente piegato, con un elemento piezoelettrico. Georg Weiß spiega: "Le distanze atomiche sono cambiate solo di poco, mentre le frequenze degli atomi tunnellizzanti sono cambiate fortemente". Finora, poteva essere misurata solo la somma di tutti gli atomi tunnellizzanti. La tecnologia di commutare separatamente sistemi atomici tunnelizzanti è emersa solo pochi anni fa. Il nuovo metodo sviluppato presso KIT per controllare i sistemi quantistici atomici, può fornire conoscenze preziose sul modo in cui i qubit possono essere messi a punto per le applicazioni. Tuttavia, il metodo è adatto anche per studiare materiali dei componenti elettronico convenzionali, come ad esempio i transistor, e per costituire una base per ulteriori miniaturizzazioni.
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