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Un team di scienziati dell’Università di Lancaster, nel Regno Unito, ha prima indotto e poi osservato per la prima volta l’interazione di una nuova fase della materia nota come “time crystals”. La scoperta, pubblicata sulla rivista Nature Materials, può condurre ad importanti applicazioni nell’elaborazione delle informazioni quantistiche, poiché i cristalli temporali rimangono automaticamente intatti, cioè coerenti, anche in condizioni variabili. Proteggere la coerenza, infatti, è la principale sfida da superare per lo sviluppo di potenti computer quantistici.
I cristalli temporali, teorizzati per la prima volta nel 2012 dal premio Nobel per la fisica Frank Wilczek, e poi identificati nel 2016, sono diversi dai cristalli standard come i metalli o le rocce, che sono composti da atomi disposti in uno schema che si ripete regolarmente nello spazio. Si tratta infatti di particolari strutture della materia che hanno una caratteristica molto bizzarra, sono cioè in costante e ripetitivo movimento nel tempo nonostante l’assenza di input esterni. Il movimento è provocato da un’oscillazione degli atomi che ruotano oppure si muovono in maniera costante prima in una direzione e poi nell’altra.
Gli scienziati 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 con un neutrone mancante. Hanno raffreddato l’elio-3 a meno di un decimo di millesimo di grado dallo zero assoluto (-273,15 gradi Celsius). A queste basse temperature l’elio è un “superfluido”, comportandosi come un liquido con viscosità zero. In questo stato, gli scienziati hanno creato due cristalli temporali e hanno permesso loro di toccarsi.
Hanno così osservato i due cristalli temporali interagire e scambiare le particelle che fluivano da un cristallo all’altro e viceversa, un fenomeno anche noto come effetto Josephson, mai osservato per i cristalli temporali.
«Controllare l’interazione di due cristalli temporali è un grande risultato. Prima di questo, nessuno aveva osservato due cristalli temporali nello stesso sistema, figuriamoci vederli interagire» ha dichiarato l’autore principale dello studio Samuli Autti, dell’Università di Lancaster. «Le interazioni controllate sono la voce numero uno nella lista dei desideri di chiunque cerchi di sfruttare un cristallo temporale per applicazioni pratiche, come l’elaborazione di informazioni quantistiche».
La scoperta, in effetti, potrebbe avere un grande potenziale per applicazioni pratiche. I cristalli temporali potrebbero essere utilizzati per migliorare l’attuale tecnologia degli orologi atomici, che sono in grado di misurare il tempo in modo molto più accurato rispetto agli orologi ordinari.
Potrebbero anche perfezionare i giroscopi e i sistemi che si basano sugli orologi atomici, come ad esempio il GPS. Inoltre, potrebbero essere sfruttati per sostenere la cosiddetta coerenza quantistica, che viene meno quando un sistema quantistico interagisce con l’ambiente esterno, motivo per cui non disponiamo ancora di un computer quantistico che possa superare in termini di efficienza i supercomputer tradizionali.