I qubit che danno un nuovo impulso al magnetismo

Una ricerca, che si è basata sull’ utilizzo di un computer quantistico come piattaforma fisica per gli esperimenti, ha trovato un modo per progettare e caratterizzare oggetti magnetici su misura utilizzando bit quantistici, o qubit. Questo offre un nuovo approccio tecnico mirato allo sviluppo di nuovi materiali. “Con l’aiuto di un normalizzatore quantistico, abbiamo dimostrato un nuovo modo di modellare gli stati magnetici“, ha dichiarato Alejandro Lopez-Bezanilla, sperimentatore virtuale presso la Divisione Teorica del Los Alamos National Laboratory. Lopez-Bezanilla è anche l’autore del documento di ricerca pubblicato su Science Advances.

“Abbiamo dimostrato che un reticolo magnetico di quasicristalli può ospitare stati che vanno oltre gli stati di zero insieme a bit della tecnologia informatica classica”, ha detto. “Applicando un campo magnetico a un insieme finito di spin*, possiamo modificare il paesaggio magnetico di un oggetto quasicristallo”. Per questo lavoro con Cristiano Nisoli, un fisico teorico anch’egli di Los Alamos, è stato utilizzato un computer D-Wave come piattaforma per condurre esperimenti fisici reali sulla normalizzazione quantistica dei quasicristalli. Questo approccio “permette alla materia di parlare”, ha detto Lopez-Bezanilla, “perché invece di eseguire i codici del computer, andiamo direttamente alla piattaforma quantistica e impostiamo tutte le interazioni fisiche a piacere”.

Gli alti e bassi dei qubit

Lopez-Bezanilla ha selezionato 201 qubit sul computer D-Wave e li ha accoppiati tra loro per riprodurre la forma di un quasicristallo di Penrose. Da quando Roger Penrose, negli anni ’70, concepì le strutture aperiodiche che portano il suo nome, nessuno aveva mai messo uno spin su ciascuno dei loro nodi per osservarne il comportamento sotto l’azione di un campo magnetico. “Ho collegato i qubit in modo che tutti insieme riproducessero la geometria di uno dei suoi quasicristalli, il cosiddetto P3”, ha detto Lopez-Bezanilla. “Con mia grande sorpresa, ho osservato che l’applicazione di specifici campi magnetici esterni alla struttura faceva sì che alcuni qubit esibissero orientamenti sia verso l’alto che verso il basso con la stessa probabilità, il che porta il quasicristallo P3 ad adottare una ricca varietà di forme magnetiche”.

Up and down orientations of qubits in quasicrystal

Manipolando la forza di interazione tra i qubit e i qubit con il campo esterno, i quasicristalli si sistemano in diverse disposizioni magnetiche, offrendo la prospettiva di codificare più di un bit di informazione in un singolo oggetto. Alcune di queste configurazioni non presentano un ordine preciso dell’orientamento dei qubit. “Questo può giocare a nostro favore”, ha detto Lopez-Bezanilla, “perché potrebbero potenzialmente ospitare una quasiparticella quantistica di interesse per la scienza informatica”.

 

*Lo spin è una proprietà intrinseca delle particelle e può essere interpretato come un momento angolare, in altre parole una rotazione, la capacità che le particelle hanno di roteare, anche se non è possibile dare una descrizione corretta facendo ricorso a immagini classiche. 

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