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Quantum Computing Boost dalla tecnica di stabilizzazione dei vapori

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Una tecnica per stabilizzare la densità del vapore metallico alcalino utilizzando nanoparticelle d'oro, in modo che gli elettroni siano accessibili per applicazioni quali il calcolo quantistico, il raffreddamento degli atomi e le misure di precisione, è stata brevettata dagli scienziati dell'Università di Bath.

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I vapori di metalli alcalini, tra cui litio, sodio, potassio, rubidio e cesio, consentono agli scienziati di accedere ai singoli elettroni, grazie alla presenza di un singolo elettrone nel "guscio" esterno dei metalli alcalini.

Questo ha un grande potenziale per una vasta gamma di applicazioni, comprese le operazioni logiche, la memorizzazione e il rilevamento nel calcolo quantistico, così come nelle misurazioni ultraprecise del tempo con orologi atomici, o nella diagnostica medica, compresi i cardiogrammi e gli encefalogrammi.

Tuttavia, un serio ostacolo tecnico è stato il controllo affidabile della pressione del vapore all'interno di uno spazio chiuso, ad esempio il tubo di una fibra ottica. Il vapore deve essere impedito di aderire ai lati per mantenere le sue proprietà quantistiche, ma i metodi esistenti per farlo, compreso il riscaldamento diretto dei contenitori di vapore, sono lenti, costosi e poco pratici in scala.

Gli scienziati dell'Università di Bath, in collaborazione con un collega dell'Accademia bulgara delle scienze, hanno messo a punto un metodo ingegnoso per controllare il vapore ricoprendo l'interno dei contenitori con particelle d'oro nanoscopiche 300.000 volte più piccole di una testa di spillo.

Quando vengono illuminate con luce laser verde, le nanoparticelle assorbono rapidamente e convertono la luce in calore, riscaldando il vapore e facendolo disperdere nel contenitore più di 1.000 volte più velocemente che con altri metodi. Il processo è altamente riproducibile e, inoltre, il nuovo rivestimento in nanoparticelle è stato trovato per preservare gli stati quantistici degli atomi metallici alcalini che rimbalzano da esso.

Lo studio è pubblicato su Nature Communications.

Il professor Ventsislav Valev, del Dipartimento di Fisica dell'Università di Bath, ha guidato la ricerca. Ha detto: "Siamo molto entusiasti di questa scoperta perché ha così tante applicazioni nelle tecnologie attuali e future! Sarebbe utile nel raffreddamento atomico, negli orologi atomici, nella magnetometria e nella spettroscopia ad altissima risoluzione"

"Il nostro rivestimento consente un controllo esterno rapido e riproducibile della densità di vapore e della relativa profondità ottica, fondamentale per l'ottica quantistica in queste geometrie confinate

Il Prof. Assoc. Dimitar Slavov, dell'Istituto di Elettronica dell'Accademia Bulgara delle Scienze, ha aggiunto: "In questa prova di principio, è stato dimostrato che l'illuminazione del nostro rivestimento supera notevolmente i metodi convenzionali ed è compatibile con i rivestimenti polimerici standard utilizzati per preservare gli stati quantici dei singoli atomi e di insiemi coerenti"

La dott.ssa Kristina Rusimova, una borsista del Dipartimento di Fisica, ha aggiunto: "Ulteriori miglioramenti del nostro rivestimento sono possibili regolando le dimensioni delle particelle, la composizione del materiale e l'ambiente dei polimeri. Il rivestimento può trovare applicazione in diversi contenitori, tra cui celle ottiche, trappole magneto-ottiche, micro celle, capillari e fibre ottiche a nucleo cavo"