Galileo Giornale di scienza e problemi globali

Dossier: Luce e materia, accoppiata vincente

Quantum computer più vicini

Da oggi i computer quantistici sono più vicini. Il merito è di un gruppo italiano di ricercatori dei laboratori Cnr-Infm Nest (National Enterprise for nanoScience and nanoTechnology) della Scuola Normale Superiore di Pisa, del Centro S3 di Modena e dell’Università di Modena e Reggio Emilia. L’équipe è riuscita a mettere a punto una tecnica per “manipolare” gli elettroni attraverso un raggio di luce. Una scoperta, dicono i ricercatori, “che potrebbe aprire la strada a nuove applicazioni della meccanica quantistica nella tecnologia dell’informazione”. E che per la sua importanza si è conquistata la copertina della prestigiosa rivista “Physical Review Letters”.Ma come sono giunti a questo risultato i fisici italiani, con cui hanno collaborato ricercatori della Columbia University e dei Bell Labs? Prima di tutto bisogna dire che gli elettroni manipolati durante l’esperimento (finito dopo tre anni di intenso lavoro) erano intrappolati in nanostrutture fatte di materiale semiconduttore, ricavato da un cristallo purissimo di arseniuro di gallio e spesso usato nell’industria optoelettronica. Dopodiché i ricercatori sono riusciti per la prima volta a colpire con un fascio di luce laser una manciata di elettroni e a modificare in modo controllato una delleloro proprietà intrinseche più rilevanti: lo spin. Il cristallo è stato lavorato presso il centro Nest con complessi procedimenti di nano-fabbricazione fino a ottenere una griglia regolare di minuscole strutture, dette punti quantici. Ogni punto quantico è largo solo pochi nanometri (un nanometro è pari a un miliardesimo di metro) e contiene appena qualche elettrone: i ricercatori del Centro S3 di Modena, in particolare, tramite simulazioni al computer sono stati in grado di contare gli elettroni in ciascun punto quantico.”Gli elettroni”, spiega Vittorio Pellegrini, ricercatore del Centro Nest, “sono stati irradiati con un fascio di luce che, come noto, è formato da fotoni i quali hanno urtato gli elettroni modificandone lo spin. Con la luce che tornava indietro dopo questa interazione si è riusciti a ottenere importanti informazioni come quelle sul numero di elettroni presenti nella nanostruttura e sulle loro proprietà di rotazione cioè sul loro spin”. Grazie a questa tecnica di studio degli elettroni, e in particolare dei loro spin, è quindi possibile manipolare le particelle atomiche. Basterà infatti regolare il fascio di luce che le irradia per modificare le loro caratteristiche. È un passo importante se si vuole sfruttare le potenzialità di questo metodo in informatica. Perché? “Perché lo spin degli elettroni”, risponde Pellegrini, “è poco influenzabile dal mondo esterno (in linea di principio, potrebbe mantenere il proprio valore per un tempo molto lungo, ndr.), ma proprio a causa della sua imperturbabilità riuscire a cambiarne il valore può voler dire passare da un’informazione a un’altra. Il tutto in pochissimo spazio”. Secondo le leggi della meccanica quantistica, infatti, lo spin di un elettrone può assumere solo due valori, e questo lo rende simile ai bit degli attuali calcolatori che possono valere solo 0 e 1. Perciò potrebbe essere utilizzato per costruire elementi di memoria con dimensioni nanometriche, molto inferiori a quelle attuali.

Galileo Servizi Editoriali

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• Raccontare il tempo e i tempi della scienza FESTIVAL DELLE SCIENZE

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  Raccontare il tempo e i tempi della scienza

  Bruno Arpaia
  Francesco Cavalli Sforza
  Stefania Polvani
  
  Moderatore Elisa Manacorda, Galileo
  

  
  Il tempo è una sfida per la comunicazione scientifica. Rendere conto di questa complessa variabile nel racconto della scienza è un compito che i comunicatori sono chiamati a svolgere con chiarezza e rigore, senza mancare però di affascinare e coinvolgere il pubblico. Grazie alla partecipazione di esperti di comunicazione, l’incontro punterà l’attenzione sui diversi modi in cui è possibile parlare del tempo nella scienza, a partire da tre particolari aree di interesse così da offrire il più ampio scenario possibile: la fisica, con la teoria del Big Bang; l’evoluzione, con la storia del viaggio attraverso il tempo dell’essere umano; la medicina narrativa, che usa i tempi del racconto della malattia per migliorare la condizione del paziente.

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• Tempo e stress FESTIVAL DELLE SCIENZE

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  Tempo e stress

  Lectio Magistralis di Ronald D. Siegel

  Introduce: Lorenzo Mannella, Galileo

  Lo “stress” è legato alle fantasie sul futuro: anche se in un dato momento proviamo un grande disagio, non ci sentiamo molto stressati a meno di non immaginare che il disagio si protrarrà nel tempo. Tre milioni di anni fa, i nostri antenati erano in competizione con altri animali selvatici nella savana africana. Essi sopravvissero perché ereditarono una risposta di “combattimento o fuga” che li aiutava ad affrontare l’emergenza con azioni tempestive in caso di minaccia, e perché svilupparono la capacità di pensare al passato, immaginare il futuro e pianificare azioni di conseguenza. Mentre questi sistemi, presi singolarmente, contribuivano in maniera efficace al miglioramento della sopravvivenza, operando insieme sono diventati una fonte di stress continuo. Fortunatamente molte culture umane hanno finito col trovare dei modi per allenare la mente a sospendere questa costante pianificazione della sopravvivenza, astrarsi dal flusso di pensieri e assaporare il momento presente. Questa conferenza esplorerà i modi in cui la scienza moderna sta adattando queste tecniche antiche per alleviare lo stress del mondo moderno.

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• La scienza fatta dal basso LINX MAGAZINE

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  La scienza fatta dal basso

  Dal videogioco per trovare la forma delle proteine a quello per classificare la morfologia delle galassie: con la citizen science, si gioca per contribuire alla ricerca.

  (continua a leggere qui)

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