I diamanti impreziosiscono le tecnologie quantistiche
I modelli di simulazione del mondo fisico hanno dato un contributo decisivo allo sviluppo delle conoscenze scientifiche e delle tecnologie. Tuttavia, alcune domande rimangono ancora prive di risposta e la chiave della soluzione si nasconde nelle simulazioni che, però, superano le attuali capacità tecnologiche. Una soluzione promettente è stata proposta dal progetto QUANTUM DEMS ("Quantum dynamics and entanglement in complex many-body systems"), nell'ambito del quale sono stati creati simulatori quantistici che, sulla base delle prove di concetto condotte durante i lavori, sono stati considerati una possibilità concreta. I ricercatori hanno creato un tipo di hardware quantistico con risvolti pratici nel campo delle simulazioni quantistiche su ampia scala. Nello specifico, sono stati prodotti reticoli di atomi di grandi dimensioni con spin nucleari abbinati tra di loro attraverso il controllo chimico della terminazione della superficie di un diamante. Il sistema si presta alla simulazione di un'ampia gamma di modelli di supersolidi e di magnetismo a temperatura ambiente. Il simulatore quantistico viene avviato e controllato attraverso i cosiddetti "centri di azoto vacante" che vengono impiegati anche per la lettura dei risultati delle simulazioni. Questi fenomeni si ottengono grazie alla rimozione degli atomi di azoto posizionati alcuni nanometri al di sotto della superficie del diamante. Simulazioni di Monte Carlo intensive hanno consentito ai ricercatori di QUANTUM DEMS di dimostrare la possibilità di utilizzare il nuovo simulatore quantistico per l'illustrazione dei sistemi a n-corpi. Inoltre, i centri di azoto vacante nel diamante policristallino rappresentavano gli elementi basilari per la costruzione di un sensore quantistico a elevata sensibilità. Grazie al livello di coerenza superiore degli spin nucleari, questo dispositivo è in grado di offrire misurazioni del campo elettrico e magnetico e della temperatura con una risoluzione spaziale della scala del nanometro. Una prova di concetto ha inoltre dimostrato la possibilità di utilizzare il sensore quantistico per l'esplorazione di singoli nuclei ed elettroni. Il progetto QUANTUM DEMS prevede un possibile utilizzo dei simulatori quantistici per lo studio di sistemi quantistici quasi tridimensionali, nonché di vari processi biologici e chimici complessi. Le attività progettuali, unitamente ai sensori quantistici, garantiranno la trasformazione delle conoscenze in tecnologie all'avanguardia.
Parole chiave
Simulatore quantistico, diamante, modelli, dinamica quantica, sistemi degli n-corpi, supersolidi, azoto, simulazioni di Monte Carlo, magnetico, elettrico, temperatura, nanometro
