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Due superconduttori nascondono un segreto per i computer quantistici
Un gruppo dell'Università Ebraica di Gerusalemme ha scoperto che due materiali superconduttori molto studiati nascondono una struttura più complessa del previsto. Nel diseleniuro di niobio, o NbSe2, due distinti ordini superconduttivi interagiscono così intensamente da sembrare un unico stato. La ricerca, pubblicata su Physical Review Letters, chiarisce un'anomalia che i modelli tradizionali non riuscivano a riprodurre. Comprendere questa struttura potrebbe aiutare a controllare meglio i materiali impiegati nei futuri circuiti quantistici e nell'elettronica a bassissima dissipazione.
Un superconduttore trasporta corrente senza resistenza quando viene raffreddato sotto una temperatura critica. Gli elettroni formano coppie e possono muoversi nel materiale senza le normali perdite energetiche. Il cosiddetto gap energetico descrive l'energia necessaria per rompere queste coppie e offre quindi una sorta di impronta dello stato superconduttivo. Gli esperimenti sulle versioni sottili di NbSe2 sembravano indicare un solo gap, ma alcuni dettagli dello spettro restavano incompatibili con questa interpretazione semplice.
Shahar Simon e Maya Klang, sotto la guida dei professori Oded Millo e Hadar Steinberg, hanno esaminato il materiale mediante misure di spettroscopia tunnel ad alta sensibilità. Questa tecnica osserva come gli elettroni attraversano una barriera estremamente sottile e permette di ricostruire gli stati energetici disponibili. I dati hanno mostrato due ordini distinti, tanto fortemente accoppiati da produrre un segnale apparentemente unico: l'equivalente fisico di due voci perfettamente sincronizzate.
Lo stesso comportamento è stato individuato nel disolfuro di tantalio, o TaS2, un materiale strettamente imparentato con NbSe2. Sul piano pratico, una descrizione più accurata degli stati elettronici consente di prevedere meglio come un componente reagirà a temperatura, geometria e sollecitazioni esterne. Per chi segue l'hardware, il collegamento diretto è con la computazione quantistica: materiali superconduttori più controllabili possono diventare elementi utili per giunzioni, sensori e dispositivi nei quali la stabilità quantistica è essenziale.
Il modello con due ordini ha riprodotto lo spettro sperimentale meglio delle teorie basate su un solo stato e ha spiegato anche la risposta ai campi magnetici. La cautela nell'interpretare segnali complessi si collega alla nostra analisi su perché alcune scoperte nel quantum computing possono essere sopravvalutate: in questo caso, il risultato non annuncia un nuovo computer, ma corregge il modello fisico con cui vengono descritti due materiali candidati ad applicazioni avanzate.
Lo studio suggerisce inoltre che il NbSe2 in forma massiva potrebbe contenere tre ordini superconduttivi interagenti, anziché i due osservati nei campioni sottili. Lo spessore cambierebbe quindi non soltanto l'intensità della superconduttività, ma anche la sua struttura interna. È un'indicazione utile per lo sviluppo dei materiali bidimensionali, nei quali aggiungere o rimuovere pochi strati atomici può modificare sensibilmente le proprietà elettroniche.
Restano però diversi passaggi prima di arrivare a un'applicazione industriale. La ricerca descrive misure spettroscopiche e un modello teorico più accurato, ma non presenta un qubit, un processore o un dispositivo commerciale basato sui due ordini. Serviranno esperimenti indipendenti, tecniche capaci di controllare separatamente gli stati e prove di stabilità in architetture reali. È dunque un progresso di ricerca fondamentale: offre una mappa migliore del materiale, mentre la strada verso componenti quantistici progettati sfruttando questa struttura rimane ancora lunga.
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