Sfruttare i campi elettrici per manipolare i qubit dei computer quantistici del futuro. Superando uno dei maggiori impedimenti per lo sviluppo di questa tecnologia, il poter manipolare i bit quantistici in modo rapido ed affidabile. Questo è il risultato del lavoro teorico portatto avanti da Filippo Troiani, del laboratorio INFM-CNR S3 di Modena, in collaborazione con il gruppo di Daniel Loss, dell'Università di Basilea. Lo studio offre un approccio in grado di accelerare lo sviluppo e la realizzazione di elaboratori quantistici basati sulla tecnologia dei magneti molecolari – dei minuscoli magneti quantistici – per portare nel nostro quotidiano apparecchi rivoluzionari per velocità e capacità.

A breve, i componenti fondamentali degli elaboratori raggiungeranno dimensioni alle quali gli oggetti si comportano in modi radicalmente diversi da quelli previsti dalla fisica “classica” a causa dell’insorgere di fenomeni quantistici. Lungi dall'essere un limite però, questi fenomeni sono una grande opportunità, perché grazie ad essi gli scienziati potranno costruire computer e memorie incomparabilmente più veloci di quelli attuali. E i magneti molecolari rappresentano proprio il potenziale mattoncino di tali computer quantistici, su cui fondarne le strutture come è oggi per i transistor.

Sono infatti economici da realizzare anche a grandi scale – sono prodotti da processi di sintesi chimica – e sono in grado di memorizzare informazione nel loro stato magnetico. Lo studio italo-svizzero si propone di superare una delle principale difficoltà legate all’utilizzo dei magneti molecolari nella computazione quantistica: quella di generare – per la loro manipolazione – campi magnetici intensi modulati su scale spaziali di un miliardesimo di metro e della durata di un miliardesimo di secondo. La dimostrazione che lo stato magnetico di talune molecole può essere manipolato anche attraverso opportuni campi elettrici apre delle nuove opportunità in questo campo. Campi elettrici fortemente localizzati sono più facili da generare (per esempio, con la punta di un microscopio STM) rispetto ai campi magnetici.

Si tratta quindi di un deciso passo avanti verso i supercomputer del futuro. Spiega Filippo Troiani, ricercatore del laboratorio S3 di INFM-CNR di Modena e coautore della ricerca: “I magneti molecolari sono una delle possibili chiavi per accedere al mondo del calcolo quantistico. Semplici da realizzare e ben compresi, saranno probabilmente i mattoni con cui costruiremo memorie e unità di calcolo avanzatissime. Se questi bit quantistici possono essere manipolati tramite campi elettrici, allora una parte delle difficoltà legate al loro utilizzo in calcolatori può essere superata, e la ricerca applicata può contare su nuovi, più potenti e pratici strumenti per costruire le prime macchine quantistiche”.

*) Physical Review Letters, Phys. Rev. Lett. 101, 217201(2008), doi:10.1103/PhysRevLett.101.217201