La meccanica quantistica controlla la realtà ai livelli più piccoli, ma quando viene ingrandita, è spesso difficile valutare come e perché questo regno sia importante nel mondo pratico. Detto questo, i fisici a volte scoprono un uso stranamente pratico dei fenomeni quantistici spettrali e, quando lo fanno, la tecnologia è spesso il maggior beneficiario. Questo è il caso di una nuova scoperta relativa alla superradianza, un aspetto della meccanica quantistica che tradizionalmente ha portato più grattacapi che soluzioni.
La superradianza è un fenomeno in cui un gruppo di particelle quantistiche collabora per produrre segnali significativamente più forti. Rimane un serio fastidio per alcuni fisici, poiché il fenomeno può destabilizzare rapidamente i sistemi quantistici e, per estensione, il funzionamento delle principali tecnologie quantistiche.
Tuttavia, ricercatori provenienti da Austria e Giappone hanno ideato un nuovo metodo per sfruttare la superradianza per produrre segnali a microonde potenti e di lunga durata. La squadra ha riportato oggi i risultati Fisica della natura. Il workforce rileva che la scoperta apre la strada ai progressi tecnologici nella medicina, nella navigazione e nella comunicazione quantistica, secondo a dichiarazione.
“Questa scoperta cambia il modo in cui pensiamo al mondo quantistico”, ha affermato nel comunicato Kae Nemoto, coautore dello studio e fisico presso l’Okinawa Institute of Science and Expertise (OIST) in Giappone. “Questo cambiamento apre direzioni completamente nuove per le tecnologie quantistiche”.
Lavoro di squadra quantistico discutibile
Il fisico Robert Dicke suggest l’thought della superradianza nel 1954. Da allora, i fisici hanno identificato e persino utilizzato la superradianza per una varietà di sistemi, inclusi semiconduttori, laser sperimentali a raggi Xe persino per spiegare il caos vicino ai lampi radio veloci e buchi neri.
La superradianza si verifica tipicamente quando un gruppo di atomi eccitati si intrecciano dopo aver interagito con una sorgente luminosa. Ciò produce una breve, ma intensa, esplosione di luce, che emette sostanzialmente più energia dal sistema che se una singola particella rimbalzasse da sola.
L’ordine dal caos
Per l’esperimento, i ricercatori hanno intrappolato minuscoli difetti atomici all’interno di una cavità a microonde. Le cavità contenevano minuscole camere con spin elettronici, che fungevano da “magneti in miniatura” per rappresentare diversi stati quantistici. Quindi, hanno osservato come il sistema è cambiato nel tempo, applicando i dati a simulazioni computerizzate approfondite per descrivere meglio la fisica in atto.
I ricercatori hanno notato uno strano “treno di impulsi a microonde stretti e di lunga durata” che seguiva un’esplosione superradiante, che hanno studiato ulteriormente nelle loro simulazioni. Hanno scoperto che, sorprendentemente, “le interazioni apparentemente confuse tra gli spin in realtà alimentano l’emissione”, ha detto nel comunicato Wenzel Kersten, autore principale dello studio e fisico presso l’Università di Tecnologia di Vienna in Austria.
“Il sistema si organizza da solo, producendo un segnale a microonde estremamente coerente a partire dallo stesso disordine che di solito lo distrugge”, ha aggiunto Kersten.
Un’inversione di concetti
Poiché la superradianza rilascia così tanta energia, gli scienziati sospettano da tempo – e in parte lo hanno confermato attraverso esperimenti – che crea sfide tecniche per la tecnologia quantistica.
Il nuovo studio soppianta questa visione, suggerendo invece che, con il giusto approccio, la prossima generazione di tecnologie quantistiche potrebbe trarre vantaggio dalle “stesse interazioni una volta ritenute in grado di sconvolgere il comportamento quantistico”, ha affermato Nemoto.
Advert esempio, il segnale a microonde, forte e autosufficiente, potrebbe aiutare a far funzionare orologi, collegamenti di comunicazione e sistemi di navigazione ultraprecisi. Questi segnali sono anche altamente sensibili ai più piccoli cambiamenti nei campi magnetici o elettrici, una caratteristica con potenziali applicazioni per una miriade di dispositivi.
