È il punto di incontro tra meccanica, fisica delle particelle e filosofia: si tratta della prima macchina quantistica mai realizzata dall’uomo. Visibile a occhio nudo, si comporta come una particella subatomica e può essere contemporaneamente in due posti. Secondo Science è l’invenzione dell’anno. Ma a cosa serve?
Stiamo parlando della prima macchina quantistica mai realizzata, un apparecchio che non si muove secondo le leggi della meccanica classica ma secondo quelle della fisica quantistica.
Secondo questa disciplina, che spiega il comportamento di molecole, atomi e particelle subatomiche, un corpo molto piccolo può assorbire energia solo in quantità discrete (cioè intere), non può mai essere completamente immobile e può essere in due posti contemporaneamente. Queste teorie sono state più volte verificate su particelle di luce, fasci di elettroni e anche atomi di elio allo stato liquido, ma nessuno le aveva mai sperimentate su un dispositivo meccanico abbastanza grande da essere visibile a occhio nudo.Un qubit per motore
Andrew Cleland e John Martinis, fisici dell’ Università della California Santa Barbara, hanno modificato una sottile lastra di nitrato di alluminio ricoprendola di alluminio: in questo modo hanno realizzato un materiale piezoelettrico che può cambiare forma, diventando più spesso o più sottile, quando viene esposto a stimoli elettrici. Hanno poi collegato il tutto a una specie di motore quantistico chiamato "qubit di fase", un anello realizzato in materiale semiconduttore che può avere due livelli possibili di energia quantistica, uno basso e uno alto.
Utilizzando delle microonde, Cleland e Martins, sono riusciti a trasferire dei quanti di energia dal qubit all’oscillatore d’alluminio e viceversa: raffreddando il dispositivo a temperature vicine allo zero assoluto lo hanno portato al più basso livello di energia teoricamente possibile, poi hanno eccitato il qubit e hanno trasferito un singolo quanto di energia all’oscillatore. La lastra di alluminio ha così iniziato a muoversi con vibrazioni quantiche.
Non solo: data la natura quantistica del dispositivo, nello stesso istante lo si può vedere fermo e in movimento. Secondo i ricercatori questo studio apre la strada alla costruzione di rilevatori di forze ultrasensibili e a generatori di quanti di luce. Più in generale permetterà di mettere alla prova i confini della teoria quantistica nel mondo sensibile: perché un quanto può essere in due posti contemporaneamente mentre un’automobile non può? Per rispondere a questa domanda ci vorranno ancora parecchi anni ma gli scienziati ci stanno già lavorando: presso il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, di Livingston, Louisiana, e Hanford, Washington, si stanno mettendo a punto due laser che dovrebbero riuscire a raffreddare corpi molto grandi fino al loro stato di energia minimo, così da permettere agli scienziati di compiere esperimenti quantistici su oggetti molto grandi.