Un simulatore quantistico per risolvere problemi '
08/06/2011, 13:45
Un prototipo di simulatore che replica la struttura del grafene apre la strada a una nuova classe di nano-dispositivi per studiare il mondo quantistico
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Lo studio di molti fenomeni quantistici si scontra spesso con la difficoltà di realizzare una sperimentazione diretta, per questo i fisici cercano di realizzare strutture artificiali che siano controllati e manipolati in laboratorio, ma che siano tali da simulare con precisione i comportamenti quantistici della materia. Questi modelli prendono il nome di simulatori quantistici.
"Fenomeni come la superconduttività ad alta temperatura, certi tipi di ferromagnetismo e stati 'esotici' della materia come i liquidi di spin, sono l'effetto delle mutue interazioni quantistiche tra gli elettroni", spiega Marco Polini, del laboratorio Nest dell'Istituto di nanoscienze del CNR (Nano-Cnr) . "Calcolare in modo esatto il comportamento di tali sistemi complessi è un compito impossibile anche per i più potenti e dedicati computer. I simulatori quantistici permettono di aggirare il problema, imitando il sistema quantistico 'incalcolabile' con uno artificiale e controllabile che ne riproduce la dinamica".
Anche la realizzazione di questi simulatori è peraltro un'impresa estremamente complessa e spesso richiede il ricorso alle prestazioni dei più potenti acceleratori di particelle. Ora un gruppo internazionale di fisici - costituito fra l'altro da Vittorio Pellegrini e Marco Polini del laboratorio Nest di Nano-Cnr e della Scuola normale superiore di Pisa, e da Aron Pinczuk di Columbia University - sono riusciti a mettere a punto un simulatore che rappresenta il primo passo verso la realizzazione di una nuova classe di simulatori quantistici a stato solido.
Come spiegano in un articolo pubblicato su Science, il nuovo simulatore è costituito da un cristallo semiconduttore: al cuore del dispositivo vi è in particolare un reticolo esagonale, modellato con precisione nanometrica sulla superficie del semiconduttore, che riproduce la struttura esagonale del reticolo del grafene.
"La simulazione quantistica basata su reticoli artificiali di semiconduttore è un campo al crocevia tra fisica quantistica e tecnologie innovative", commenta Aron Pinczuk. "Le frontiere della fisica quantistica sono sempre state esplorate con enormi acceleratori, noi invece usiamo le più avanzate tecniche di nanolavorazione dei semiconduttori e esploriamo le 'stranezze quantistiche' della materia in un nanoguscio".
Il simulatore messo a punto dai ricercatori è costituito da un reticolo esagonale modellato sulla superficie di un cristallo di arseniuro di gallio con tecniche di nanofabbricazione. La struttura a esagoni del reticolo replica quella del grafene, materiale in cui gli elettroni hanno comportamenti speciali grazie proprio alla geometria del reticolo cristallino. Mediante la capacità di modificare a piacimento alcuni parametri chiave come il passo del reticolo artificiale, i ricercatori sono in grado di studiare il comportamento degli elettroni in condizioni analoghe a quelle del grafene ma controllabili.
"Il prototipo è stato testato con un 'primo run' che ha generato un singolare stato quantistico. I primi dati raccolti sono promettenti e dimostrano le potenzialità del nostro dispositivo. La fase successiva di questo studio è sviluppare ulteriormente il dispositivo", afferma Vittorio Pellegrini. "Confidiamo nella possibilità di creare le condizioni per esplorare nuovi stati quantistici che potrebbero, in futuro, portare a dispositivi ancora più avanzati e ad applicazioni, per esempio, nel campo dell'elaborazione avanzata d'informazione o nella crittografia". (gg)
Fonte:http://lescienze.espresso.repubblica.it/articolo/titolo/1348215
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Lo studio di molti fenomeni quantistici si scontra spesso con la difficoltà di realizzare una sperimentazione diretta, per questo i fisici cercano di realizzare strutture artificiali che siano controllati e manipolati in laboratorio, ma che siano tali da simulare con precisione i comportamenti quantistici della materia. Questi modelli prendono il nome di simulatori quantistici.
"Fenomeni come la superconduttività ad alta temperatura, certi tipi di ferromagnetismo e stati 'esotici' della materia come i liquidi di spin, sono l'effetto delle mutue interazioni quantistiche tra gli elettroni", spiega Marco Polini, del laboratorio Nest dell'Istituto di nanoscienze del CNR (Nano-Cnr) . "Calcolare in modo esatto il comportamento di tali sistemi complessi è un compito impossibile anche per i più potenti e dedicati computer. I simulatori quantistici permettono di aggirare il problema, imitando il sistema quantistico 'incalcolabile' con uno artificiale e controllabile che ne riproduce la dinamica".
Anche la realizzazione di questi simulatori è peraltro un'impresa estremamente complessa e spesso richiede il ricorso alle prestazioni dei più potenti acceleratori di particelle. Ora un gruppo internazionale di fisici - costituito fra l'altro da Vittorio Pellegrini e Marco Polini del laboratorio Nest di Nano-Cnr e della Scuola normale superiore di Pisa, e da Aron Pinczuk di Columbia University - sono riusciti a mettere a punto un simulatore che rappresenta il primo passo verso la realizzazione di una nuova classe di simulatori quantistici a stato solido.
Come spiegano in un articolo pubblicato su Science, il nuovo simulatore è costituito da un cristallo semiconduttore: al cuore del dispositivo vi è in particolare un reticolo esagonale, modellato con precisione nanometrica sulla superficie del semiconduttore, che riproduce la struttura esagonale del reticolo del grafene.
"La simulazione quantistica basata su reticoli artificiali di semiconduttore è un campo al crocevia tra fisica quantistica e tecnologie innovative", commenta Aron Pinczuk. "Le frontiere della fisica quantistica sono sempre state esplorate con enormi acceleratori, noi invece usiamo le più avanzate tecniche di nanolavorazione dei semiconduttori e esploriamo le 'stranezze quantistiche' della materia in un nanoguscio".
Il simulatore messo a punto dai ricercatori è costituito da un reticolo esagonale modellato sulla superficie di un cristallo di arseniuro di gallio con tecniche di nanofabbricazione. La struttura a esagoni del reticolo replica quella del grafene, materiale in cui gli elettroni hanno comportamenti speciali grazie proprio alla geometria del reticolo cristallino. Mediante la capacità di modificare a piacimento alcuni parametri chiave come il passo del reticolo artificiale, i ricercatori sono in grado di studiare il comportamento degli elettroni in condizioni analoghe a quelle del grafene ma controllabili.
"Il prototipo è stato testato con un 'primo run' che ha generato un singolare stato quantistico. I primi dati raccolti sono promettenti e dimostrano le potenzialità del nostro dispositivo. La fase successiva di questo studio è sviluppare ulteriormente il dispositivo", afferma Vittorio Pellegrini. "Confidiamo nella possibilità di creare le condizioni per esplorare nuovi stati quantistici che potrebbero, in futuro, portare a dispositivi ancora più avanzati e ad applicazioni, per esempio, nel campo dell'elaborazione avanzata d'informazione o nella crittografia". (gg)
Fonte:http://lescienze.espresso.repubblica.it/articolo/titolo/1348215
08/06/2011, 15:33
Il mio professore di Reti di Telecomunicazioni sta mettendo sù un laboratorio universitario di Nanotecnologia, e nano-comunicazione più nello specifico, e io e altri due ragazzi siamo stati i selezionati per fare delle prime ricerche iniziali, anche se poi da 3 mesi di sto laboratorio non si sa più niente ![[:D]](./images/smilies/UF/icon_smile_big.gif "Davvero Felice")
Comunque quello che abbiamo trovato era proprio che non esistevano simulatori appropriati e quindi il tutto o era totalmente teorico o doveva essere davvero fabbricato e sperimentato, non c'erano vie di mezzo. Ovviamente visti i costi per noi era impossibile fabbricare qualcosa, ma con questi strumenti sarebbe un gran passo avanti! Anche se costeranno un botto di certo.
Comunque quello che abbiamo trovato era proprio che non esistevano simulatori appropriati e quindi il tutto o era totalmente teorico o doveva essere davvero fabbricato e sperimentato, non c'erano vie di mezzo. Ovviamente visti i costi per noi era impossibile fabbricare qualcosa, ma con questi strumenti sarebbe un gran passo avanti! Anche se costeranno un botto di certo.
Ultima modifica di DarthEnoch il 08/06/2011, 15:34, modificato 1 volta in totale.