Osservata interazione tra due cristalli temporali, svolta per l’informatica quantistica?

frigorifero rotante dell'Università Aalto — Refrigeratore rotante dell'Università Aalto (credito: Università Aalto/Mikko Raskinen)

La prima osservazione dell’interazione tra cristalli temporali è stata effettuata da un team di ricercatori della Lancaster University che hanno pubblicato uno studio su Nature Materials. I cosiddetti cristalli temporali furono teorizzati nel 2012 da Frank Wilczek, premio Nobel, e poi identificati nel 2016.
Si tratta di particolari strutture della materia che hanno una caratteristica molto strana: sono in costante movimento, un movimento di tipo ripetitivo che non ha bisogno di un input esterno Eche si ripete nel tempo, tornando poi sempre alla configurazione iniziale alla fine di ogni periodo. Il movimento è provocato da un’oscillazione degli atomi che ruotano oppure si muovono in maniera costante in una direzione e poi nell’altra.
Mentre un normale cristallo ha una struttura che si ripete nello spazio tridimensionale, un cristallo temporale ha una struttura che si ripete nel tempo.

I ricercatori della Lancaster, in collaborazione con ricercatori di Yale, della Royal Holloway di Londra e dell’Università Aalto di Helsinki, hanno svolto un esperimento sui cristalli temporali usando l’elio-3, un raro isotopo dell’elio a cui manca un neutrone.
Hanno raffreddato l’elio-3 fino praticamente ad arrivare quasi ad una temperatura dello zero assoluto creando un superfluido al cui interno hanno posto due cristalli temporali.
A questo livello di temperatura i due cristalli temporali cominciavano ad interagire scambiandosi le particelle che fluivano da un cristallo all’altro e viceversa. Si tratta di un fenomeno conosciuto anche come effetto Josephson mai osservato per i cristalli temporali.

“Le interazioni controllate sono l’elemento numero uno nella lista dei desideri di chiunque cerchi di sfruttare un cristallo temporale per applicazioni pratiche, come l’elaborazione delle informazioni quantistiche”, spiega Samuli Autti, l’autore principale dello studio. Controllare l’interazione tra due cristalli temporali, infatti, infonde fiducia su un possibile utilizzo di queste particolari strutture, che tendono a tornare sempre alla configurazione iniziale dopo movimenti ripetitivi, nel campo dell’informatica quantistica.
In particolare queste scoperte potrebbero essere sfruttate per sostenere la cosiddetta coerenza quantistica che viene meno quando un sistema quantistico interagisce con l’ambiente esterno, uno dei motivi per i quali ancora non abbiamo un vero computer quantistico, o almeno uno che possa superare in termini di efficienza i supercomputer tradizionali.