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Superconduttori, un materiale al cromo apre una pista inattesa
Un gruppo dell’Università di Okayama, in Giappone, ha identificato tre diverse fasi superconduttrici in un materiale contenente cromo. Gli esperimenti rafforzano le prove di un raro modo in cui gli elettroni possono accoppiarsi. Il composto potrebbe offrire una base per studiare componenti destinati a computer quantistici più resistenti agli errori. Il risultato, pubblicato su Physical Review Letters, riguarda però le proprietà del materiale: un processore resta una prospettiva da verificare.
Il protagonista è K₂Cr₃As₃, un composto di potassio, cromo e arsenico. Per capire la scoperta bisogna partire dalle coppie di Cooper: nei superconduttori gli elettroni si associano e partecipano a uno stato collettivo che permette alla corrente di fluire senza resistenza elettrica. Nel caso convenzionale, gli spin degli elettroni si combinano dando uno spin totale nullo. Lo spin è una proprietà quantistica intrinseca, legata anche alla risposta magnetica delle particelle.
Nella superconduttività a tripletto, invece, la coppia ha spin totale pari a uno e può includere elettroni con spin paralleli. Questa struttura lascia spazio a configurazioni diverse dello stato superconduttore. Il gruppo guidato da Guo-qing Zheng ha impiegato la risonanza magnetica nucleare per sondare la risposta degli elettroni attraverso i nuclei atomici, variando temperatura e campo magnetico.
Dalle misure emergono tre fasi superconduttrici, caratterizzate da differenti proprietà dello spin e della struttura energetica dello stato superconduttore. Secondo i ricercatori, il loro comportamento fornisce una forte evidenza dell’accoppiamento a tripletto. Per chi segue l’hardware, il collegamento è con la ricerca dei materiali da cui potrebbero nascere nuove architetture quantistiche, un settore al centro anche della strategia cinese che assegna priorità alle tecnologie quantistiche fino al 2030.
La conseguenza concreta per la ricerca è poter esplorare stati differenti nello stesso composto, usando temperatura e campo magnetico come parametri di controllo. L’obiettivo tecnologico riguarda gli stati di Majorana, particolari eccitazioni previste in opportuni superconduttori topologici. Questi stati sono studiati come possibili elementi di qubit capaci di proteggere l’informazione da alcune perturbazioni. La possibilità teorica di ospitarli, tuttavia, richiede verifiche sperimentali dedicate prima di tradursi in un dispositivo.
Esistono anche ostacoli molto materiali. Il composto reagisce fortemente con l’ossigeno e ottenere cristalli sufficientemente grandi e di alta qualità complica gli esperimenti. Inoltre, la sua temperatura di transizione è circa 6,2 kelvin, equivalenti a circa −267 °C: servono condizioni criogeniche. Una temperatura favorevole rispetto ad altri candidati di questa famiglia di ricerche resta lontanissima dalle condizioni ambientali.
Il passaggio alla computazione quantistica richiederà quindi ulteriori dimostrazioni: identificare e controllare gli stati utili, integrarli in strutture fabbricabili e misurare quanto proteggano effettivamente l’informazione. Lo studio mette a disposizione un materiale con nuove proprietà sperimentali da esplorare, ma non dimostra un qubit funzionante né stabilisce tempi per un processore commerciale.
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