Una nuova tecnica accelera la ricerca sui materiali quantistici

Una nuova tecnica promette di accelerare lo sviluppo dei dispositivi alla base delle tecnologie quantistiche, chiamati centri di colore quantistici e in grado di manipolare la luce per rendere più efficienti molte applicazioni, come le comunicazioni e i computer. Il nuovo metodo, ideato dal gruppo di Sosuke Iwamoto dell'Università di Osaka, è pubblicato sulla rivista npj Computational Materials.

I centri di colore quantistici sono una sorta di cristalli purissimi al cui centro viene inserita una minuscola impurità , ad esempio un solo atomo di azoto all’interno di un diamante fatto da soli atomi di carbonio. Proprio questa impurità riesce a far concentrare in un unico punto l' energia , che può essere poi emessa sotto forma di luce con una lunghezza d’onda molto precisa e che proprio per questo trova molte applicazioni nel settore delle tecnologie quantistiche.

Ma al di là di alcuni pochi cristalli di questo tipo,già ben noti, l'identificazione di nuove soluzioni è piuttosto complessa perché richiede simulazioni basate su una grande potenza di calcolo . I ricercatori dell'Università di Osaka hanno superato questo ostacolo con un metodo di previsione che valuta rapidamente i materiali quantistici promettenti senza sacrificare la precisione.

Il metodo permette in particolare di determinare rapidamente e con precisione il comportamento dei centri di colore , calcolando quanta energia viene persa a causa delle vibrazioni all'interno del cristallo anziché essere emessa sotto forma di luce. "Il nostro framework semplifica drasticamente i calcoli necessari per valutare i processi ottici, rendendo la ricerca molto più gestibile", ha detto Iwamoto.

Un nuovo approccio capace di analizzare una grande varietà di potenziali centri di colore che potrebbe rendere molto più rapida la ricerca di questi dispositivi dal grande potenziale in molte applicazioni come per la trasmissione di singoli fotoni ‘ultrapuri’ nelle fibre ottiche oppure immagazzinare le informazioni quantistiche sotto forma di qubit di luce, ossia i bit usati dai computer quantistici.