Scoperti gli eccitoni negli isolanti topologici: potrebbero fare da base per i computer quantistici

Alcuni ricercatori tedeschi hanno rilevato per la prima volta delle quasiparticelle chiamate eccitoni in un isolante topologico: la scoperta è significativa perché apre alla possibilità di controllare tali quasiparticelle e sfruttarle per creare computer quantistici basati sulla luce.

Rilevati per la prima volta gli eccitoni in un isolante topologico

Le università di Würzburg e Dresda hanno creato un centro di eccellenza chiamato ct.qmat, che sta per "complexity and topology in quantum matter". Tale centro è stato il luogo dove sono stati scoperti nel 2007 gli isolanti topologici: materiali che conducono elettricità sui bordi, ma non al centro.

Sperimentando su tali materiali, i ricercatori hanno confermato sperimentalmente l'esistenza degli eccitoni: si tratta di quasiparticelle che rappresentano uno stato elettronico eccitato, che può essere generato solo in alcuni tipi di materiali quantistici. "Abbiamo creato degli eccitoni applicando un breve impulso luminoso a una pellicola spessa come un singolo strato di atomi", ha affermato il professor Raph Claessen, fisico quantistico presso l'Università di Würzburg. "Per la prima volta, siamo riusciti a eccitare degli eccitoni otticamente [ovvero con della luce, NdR] in un isolante topologico. L'interazione tra la luce e gli eccitoni significa che possiamo aspettarci nuovi fenomeni in questi materiali. Questo principio potrebbe essere usato, per esempio, per generare dei qubit."

Il materiale di partenza è stato il bismutene, realizzato con atomi di bismuto. "È il fratello più pesante del grafene", spiega Claessen. "Per via della nostra progettazione sofisticata dei materiali, gli atomi nel singolo strato di bismutene sono disposti con un motivo a nido d'ape, esattamente come il grafene. La differenza è che gli atomi pesanti del bismutene lo rendono un isolante topologico, il che significa che può condurre energia lungo il bordo senza perdite, anche a temperatura ambiente. Non si può fare lo stesso con il grafene."

La ricerca, come riporta HPCWire, si concentrerà ora sulle proprietà degli eccitoni: mantengono le stesse caratteristiche topologiche del bismutene? Dimostrare questa proprietà permetterebbe di avanzare nella costruzione dei cosiddetti qubit topologici, che sono considerati più robusti rispetto alle alternative. Tra le realtà attive nella ricerca sui qubit topologici troviamo Microsoft, che a marzo 2022 aveva annunciato la scoperta dei qualunquoni non-abeliani con i quali vorrebbe costruire il proprio computer quantistico.