Quando parliamo di quantum computing, gran parte delle prestazioni dipende da come si comportano gli elettroni: non solo dalla loro energia, ma anche da come ruotano (lo spin) e oggi uno dei sistemi più precisi sfrutta atomi carichi e intrappolati in un gas per mantenere spin perfetti e stabili: peccato che questa tecnologia sia difficilissima da scalare per applicazioni più grandi.
Un team di ricercatori della Penn State e della Colorado State University ha trovato una possibile via d’uscita: usare nanocluster d’oro capaci di imitare il comportamento di questi atomi gassosi, mantenendo le stesse proprietà di spin, ma in una forma molto più facile da produrre e integrare.
“Per la prima volta mostriamo che i nanocluster d’oro hanno le stesse proprietà chiave di spin delle tecniche allo stato dell’arte” ha dichiarato Ken Knappenberger, della Penn State
Perché lo spin è così importante
Lo spin di un elettrone è come una trottola quantistica: può ruotare “in senso orario” o “antiorario” e il suo allineamento con gli altri elettroni influisce direttamente sulla stabilità e precisione di un sistema quantistico; più gli spin sono allineati (alta polarizzazione di spin), più a lungo le informazioni possono restare intatte.
Nei sistemi attuali, come gli ioni atomici intrappolati, gli elettroni possono essere portati in stati di Rydberg molto stabili e mantenere sovrapposizioni quantistiche fondamentali per il calcolo. Il problema? Questi sistemi sono diluiti per natura, impossibili da scalare senza introdurre errori causati dall’ambiente.
Oro: non solo gioielli
I ricercatori hanno lavorato su monostrati protetti da leganti: un nucleo d’oro circondato da molecole che ne stabilizzano la struttura. Questi cluster, chiamati “superatomi” per il loro comportamento elettronico simile a un singolo atomo, ora si sono rivelati capaci di replicare anche le proprietà di spin degli ioni intrappolati.
Il risultato? 19 stati di spin “alla Rydberg” identificati, con polarizzazione fino al 40% in alcune configurazioni: valori competitivi con i migliori materiali quantistici bidimensionali; la cosa interessante è che questa polarizzazione si può regolare cambiando il tipo di legante, aprendo la strada a design su misura per diverse applicazioni.
La prossima mossa
Il team ora vuole capire come diverse strutture molecolari influenzino lo spin e come sfruttare questa possibilità di “tuning” per creare componenti quantistici più efficienti e scalabili.
Un’innovazione che potrebbe permettere di passare dalle delicate trappole atomiche a dispositivi solidi e industrialmente realizzabili, senza perdere le proprietà che rendono un sistema veramente quantistico.
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