Gli altermagneti rappresentano una delle scoperte più affascinanti della fisica degli ultimi anni, e adesso un gruppo di ricercatori dell’Università di Buffalo ha proposto un metodo ingegnoso per identificarli: usare un minuscolo difetto magnetico dentro un diamante. Sembra quasi fantascienza, eppure questa tecnica di rilevamento quantistico potrebbe aprire le porte a una nuova generazione di elettronica ultraefficiente.

Per capire perché la cosa è così rilevante, serve un passo indietro. Per decenni la fisica ha riconosciuto sostanzialmente due grandi famiglie di magneti. Da una parte i ferromagneti, quelli che tutti conoscono: le calamite sul frigo, per intenderci. Dall’altra gli antiferromagneti, materiali le cui proprietà magnetiche si nascondono a livello atomico ma che promettono prestazioni velocissime nel trasporto di informazioni. Poi, nel 2019, un team dell’Università di Magonza ha osservato qualcosa che non tornava. Il biossido di rutenio si comportava come un antiferromagnete sulla carta, ma reagiva alla corrente elettrica come un ferromagnete. Da lì è nato il concetto di altermagnete, una terza categoria che potrebbe combinare il meglio di entrambi i mondi.

Come funziona il sensore a base di diamante

La tecnica proposta dal team guidato dal fisico Jamir Marino, descritta su Physical Review Letters, sfrutta un difetto microscopico presente nel diamante. Si tratta di una struttura formata da un atomo di azoto e un atomo di carbonio mancante. Questi difetti sono incredibilmente sensibili all’attività magnetica circostante. L’idea è relativamente semplice nel principio: si ruota lo spin magnetico del difetto in diverse direzioni e si misura quanto velocemente si rilassa. Se il rilassamento avviene più rapidamente in certe direzioni rispetto ad altre, quello schema potrebbe rivelare le firme tipiche degli altermagneti.

Un aspetto particolarmente interessante è che questa tecnica risulterebbe molto meno invasiva rispetto ai metodi tradizionali. Quando si studia un materiale magnetico, perturbarlo troppo con la misurazione stessa può falsare i risultati. Qui il rischio è minimo. Tra i coautori dello studio figurano anche Libor Šmejkal e Jairo Sinova, proprio i ricercatori che per primi hanno proposto il concetto di altermagnete. Sinova ha sottolineato come questa tecnica di rilevamento possa diventare uno strumento fondamentale per esplorare i materiali candidati, individuando pattern magnetici direzionali sottili senza disturbare significativamente il campione.

Perché gli altermagneti potrebbero cambiare l’elettronica

C’è un dato che fa riflettere: gli studi teorici suggeriscono che oltre 200 materiali potrebbero qualificarsi come altermagneti, più del doppio dei ferromagneti conosciuti. Se confermato, sarebbe un bacino enorme di risorse per l’elettronica del futuro. Questi materiali promettono di rendere il trasporto delle informazioni radicalmente più efficiente, consentendo dispositivi più piccoli e con consumi energetici drasticamente ridotti.

Va detto con onestà che per ora tutto questo esiste solo come proposta teorica. Il team ha sviluppato il sistema usando modelli sofisticati di dinamica quantistica, ma servono ancora validazioni sperimentali concrete. Nessuno può ancora garantire che il sensore a diamante funzioni come previsto nella pratica. Però il potenziale è enorme, e la comunità scientifica internazionale sta guardando con grande attenzione a questi sviluppi. Identificare in modo efficiente i materiali altermagneti resta un passaggio cruciale prima di poterli effettivamente utilizzare nella tecnologia quotidiana. E quel piccolo difetto dentro un diamante potrebbe essere proprio la chiave giusta per riuscirci.

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Il celebre gatto di Schrödinger ha appena guadagnato un nuovo livello di stranezza. Un gruppo di fisici dell’Università di Oxford è riuscito a creare un tipo completamente inedito di stato quantistico, costruito a partire da componenti che sono già di per sé profondamente non classiche. E questo cambia parecchio le carte in tavola, sia per il futuro del calcolo quantistico sia per la comprensione delle regole bizzarre che governano il mondo subatomico.

Per chi non mastica fisica tutti i giorni, un breve riassunto. Il gatto di Schrödinger è un esperimento mentale: un gatto ipotetico che si trova contemporaneamente vivo e morto, finché qualcuno non lo osserva. Nella realtà, ovviamente, nessun gatto viene maltrattato, ma gli scienziati creano regolarmente sovrapposizioni quantistiche reali in laboratorio. Atomi, luce, persino il moto di particelle intrappolate possono esistere in più stati simultaneamente. È il principio su cui si basano tecnologie come i computer quantistici e gli orologi di precisione estrema.

Fino a oggi, gli stati “tipo gatto” più noti venivano costruiti combinando pacchetti d’onda coerenti, cioè gli equivalenti quantistici più vicini al moto classico. Il team di Oxford ha fatto qualcosa di diverso e decisamente più ambizioso.

Costruire stati quantistici da componenti già non classiche

La novità sta nel metodo. Invece di partire da stati coerenti, i ricercatori hanno sviluppato una tecnica che combina un’ampia gamma di componenti quantistiche già altamente non classiche. Parliamo di sovrapposizioni di stati compressi (squeezed states), dove l’incertezza quantistica si distribuisce in modo diverso su ciascuna parte dello stato. Roba che farebbe girare la testa anche a chi di meccanica quantistica ne sa parecchio.

L’esperimento ha sfruttato il moto di un singolo ione intrappolato. Questa piattaforma è particolarmente versatile perché combina due sistemi quantistici distinti: lo stato interno dello ione, che funziona come un qubit, e il suo moto, che si comporta come un oscillatore armonico quantistico capace di occupare molti livelli energetici diversi. Prima hanno generato interazioni che intrecciavano lo stato interno con diverse possibili configurazioni di moto, poi hanno eseguito una misurazione quantistica a metà circuito sullo stato interno. Il risultato? Il moto dello ione collassava nella sovrapposizione desiderata.

Come ha spiegato il primo autore dello studio, il dottor Sebastian Saner del Dipartimento di Fisica di Oxford, questo approccio ha fornito uno strumento per “scolpire” la sovrapposizione quantistica in quasi qualsiasi forma immaginabile.

Verso computer quantistici più robusti

La flessibilità del metodo è notevole. Regolando i parametri sperimentali, il team poteva modificare dimensione, orientamento e separazione delle componenti all’interno della sovrapposizione. Le misurazioni successive hanno rivelato pattern di interferenza e regioni di cosiddetta negatività di Wigner, segni inequivocabili che gli stati prodotti non erano banali miscele classiche ma autentiche sovrapposizioni quantistiche composte da stati motori genuinamente non classici.

E le applicazioni pratiche? La ricerca punta dritta verso tecnologie future basate su oscillatori quantistici, non solo su semplici qubit. Questi tipi di stati potrebbero essere più resistenti agli errori e supportare strategie di correzione più semplici ed efficaci. Un passo avanti concreto per il calcolo quantistico, insomma.

Ma c’è anche un aspetto più profondo. Questi esperimenti offrono una piattaforma nuova per indagare una delle domande più grandi della fisica: dove si trova esattamente il confine tra il mondo classico che sperimentiamo ogni giorno e la realtà quantistica che lo sostiene. Il gatto di Schrödinger, a quanto pare, non ha ancora finito di sorprenderci.

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Un chip neuromorfico capace di operare a temperature prossime allo zero assoluto potrebbe cambiare radicalmente il futuro del quantum computing. Non è fantascienza, ma il risultato concreto di una ricerca condotta alla University of Hong Kong, pubblicata su Nature Communications il 12 giugno 2026. E la cosa davvero notevole è che tutto parte da un componente già diffusissimo nell’industria: un transistor in carburo di silicio.

Il gruppo di ricerca, guidato dal professor Yuhao Zhang e dal dottorando Xin Yang, ha trovato il modo di far comportare un singolo transistor SiC MOSFET come un neurone artificiale. In pratica, il dispositivo genera impulsi elettrici che imitano quelli del cervello umano, ma lo fa a temperature incredibilmente basse, fino a 10 millikelvin. Per dare un’idea: parliamo di un ambiente più freddo dello spazio profondo. Il meccanismo sfrutta un fenomeno chiamato resistenza differenziale negativa, che nel carburo di silicio emerge in modo particolarmente stabile e riproducibile quando si scende sotto i 2 Kelvin.

Perché serve proprio lì, nel cuore gelido dei computer quantistici

Chiunque abbia seguito anche superficialmente lo sviluppo dei computer quantistici sa che i qubit, le unità fondamentali di calcolo, sono bestie capricciose. Devono restare a temperature bassissime per funzionare, e l’elettronica di controllo tradizionale, basata su silicio, genera troppo calore. Questo costringe i progettisti a piazzare i circuiti di controllo lontano dai qubit, collegandoli con cavi lunghissimi che complicano tutto e limitano la scalabilità dei sistemi.

Il chip neuromorfico in carburo di silicio risolve questo problema alla radice. Consuma migliaia di volte meno energia rispetto all’elettronica convenzionale, e quindi può stare fisicamente accanto ai qubit senza disturbarli. Come ha spiegato il professor Zhang, questo approccio riduce drasticamente il carico termico sui sistemi criogenici, aprendo la strada a computer quantistici su larga scala molto più pratici da costruire.

C’è un dettaglio che rende tutto ancora più interessante dal punto di vista industriale. Il carburo di silicio è già prodotto in enormi volumi per veicoli elettrici e reti energetiche. Questo significa che la produzione di questi chip criogenici potrebbe appoggiarsi su fonderie già esistenti, su wafer da 300 millimetri, senza dover inventare processi manifatturieri da zero. Una scalabilità che raramente si vede quando si parla di tecnologie così avanzate.

Oltre il quantum computing: dallo spazio profondo alle reti neurali criogeniche

La ricerca non si è fermata al singolo neurone artificiale. Il team ha dimostrato che più dispositivi possono essere collegati in cascata, formando reti neurali artificiali operative a temperature criogeniche. Questo apre scenari affascinanti per l’elaborazione dati locale direttamente dentro i sistemi quantistici, con applicazioni immediate nella correzione degli errori quantistici e nel controllo in tempo reale dei qubit.

Ma le ambizioni vanno anche oltre il quantum computing. Circuiti così efficienti e resistenti al freddo estremo potrebbero trovare impiego nelle missioni spaziali di prossima generazione. Sulla superficie lunare, o nelle regioni più remote del sistema solare, dove le temperature sono spietate e ogni milliwatt di energia conta, questa tecnologia potrebbe fare la differenza tra una missione possibile e una irrealizzabile.

Quello che colpisce di più, alla fine, è la semplicità elegante dell’idea. Prendere un componente industriale già maturo, scoprire che nasconde proprietà fisiche straordinarie a basse temperature, e trasformarlo in qualcosa che imita il cervello umano per far funzionare meglio i computer del futuro. È il tipo di innovazione che non fa rumore, ma che potrebbe davvero spostare gli equilibri.

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Un metallo che sembrava non avere più segreti ha appena sorpreso tutti. Il cobalto, uno degli elementi magnetici più studiati degli ultimi quarant’anni, custodiva al suo interno un panorama quantistico di straordinaria complessità, rimasto invisibile fino a oggi. La scoperta arriva da un team internazionale guidato dal fisico Jaime Sánchez Barriga dell’Helmholtz-Zentrum Berlin e pubblicata sulla rivista Communications Materials, del gruppo Nature Portfolio, il 5 giugno 2026.

Per decenni la comunità scientifica ha dato per scontato che la struttura elettronica del cobalto fosse completamente mappata. E invece, grazie a misurazioni condotte con la tecnica della spettroscopia di fotoemissione risolta in spin e angolo presso il sincrotrone BESSY II, i ricercatori hanno scoperto una fitta rete di linee nodali magnetiche. Si tratta di particolari incroci topologici dove due stati elettronici polarizzati in spin si intersecano senza generare alcun gap energetico. Non punti isolati, ma percorsi continui che attraversano l’intera struttura cristallina del cobalto.

La cosa notevole è che questi stati restano stabili a temperatura ambiente. Non servono condizioni estreme di laboratorio per osservarli, il che li rende particolarmente interessanti per applicazioni reali.

Elettroni che si comportano come particelle prive di massa

Quello che rende questa scoperta davvero fuori dall’ordinario è il comportamento degli elettroni in prossimità delle linee nodali. In certe direzioni all’interno del cristallo, gli elettroni del cobalto si muovono come se fossero privi di massa, un po’ come fa la luce. Questa proprietà, mai osservata prima in un ferromagnete elementare, apre scenari enormi per l’elettronica del futuro.

E non finisce qui. Poiché il cobalto è un materiale ferromagnetico e rompe la simmetria di inversione temporale, gli stati elettronici legati a queste linee nodali portano con sé una polarizzazione di spin netta. Cambiando la direzione della magnetizzazione del materiale, si può invertire completamente quella polarizzazione. In pratica, si ottiene una sorta di interruttore magnetico capace di accendere e spegnere determinate proprietà quantistiche. È esattamente il tipo di funzionalità che chi lavora nella spintronica cerca da tempo.

Le simulazioni teoriche, condotte dal gruppo di Maia G. Vergniory del Donostia International Physics Center e dell’Université de Sherbrooke, hanno confermato punto per punto i risultati sperimentali. Le linee nodali nel cobalto sono protette dalle simmetrie cristalline a specchio e restano prive di gap anche quando si tiene conto dell’accoppiamento spin orbita, un dettaglio tecnico che in molti altri materiali tende a distruggere queste strutture.

Cosa cambia adesso e perché conta

Questa ricerca non riguarda solo il cobalto. Il team ha suggerito che stati topologici simili potrebbero essere nascosti in altri ferromagneti elementari e metalli di transizione studiati da decenni senza che nessuno li abbia mai cercati con gli strumenti giusti. Se ulteriori indagini confermassero questa ipotesi, si aprirebbe un capitolo completamente nuovo nella fisica dei materiali quantistici.

I ricercatori hanno anche proposto alcune strategie per modulare ulteriormente queste proprietà, ad esempio studiando le interfacce con materiali contenenti elementi pesanti ad alta carica nucleare, oppure esplorando il comportamento in dimensioni ridotte.

Allo studio hanno partecipato gruppi provenienti da HZB, Diamond Light Source, l’Università dei Paesi Baschi, l’Istituto Leibniz di Dresda, la TU Dresden, IMDEA Nanoscience di Madrid e l’Université de Sherbrooke in Canada. Il fatto che un elemento così familiare come il cobalto possa ancora riservare sorprese di questa portata la dice lunga su quanto resta ancora da capire, anche nei materiali che crediamo di conoscere meglio.

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Eliminare le batterie dai dispositivi elettronici sembrava fantascienza fino a poco tempo fa. Eppure un team internazionale di scienziati ha appena scoperto un effetto quantistico che potrebbe cambiare radicalmente il modo in cui alimentiamo la tecnologia del futuro. La ricerca, guidata dal Professor Dongchen Qi della Queensland University of Technology (QUT) insieme al Professor Xiao Renshaw Wang della Nanyang Technological University di Singapore, è stata pubblicata sulla rivista Newton il 4 giugno 2026 e ha già fatto parecchio rumore nella comunità scientifica.

Al centro di tutto c’è il cosiddetto effetto Hall non lineare, un fenomeno quantistico che permette di convertire segnali elettrici alternati direttamente in corrente continua. Detto in parole povere: l’energia proveniente da trasmissioni wireless o da altre fonti ambientali potrebbe essere trasformata in elettricità utilizzabile senza bisogno di diodi tradizionali o altri componenti ingombranti. Un dispositivo basato su questo principio potrebbe, in teoria, funzionare senza batterie, alimentandosi dall’energia che già fluttua nell’ambiente circostante. Sensori, chip, dispositivi indossabili: tutto potrebbe cambiare.

Il materiale quantistico funziona anche a temperatura ambiente

La parte davvero interessante è che questo effetto quantistico non resta confinato alle condizioni estreme di un laboratorio. Il team ha esaminato un materiale topologico di alta qualità, il Bi2Te3, e ha dimostrato che l’effetto Hall non lineare rimane stabile anche a temperatura ambiente. Questo è un passaggio cruciale, perché molti fenomeni quantistici tendono a svanire appena ci si allontana dalle temperature prossime allo zero assoluto.

Ma c’è di più. I ricercatori hanno scoperto che la temperatura gioca un ruolo fondamentale nel determinare sia l’intensità sia la direzione della tensione elettrica prodotta dal materiale. A basse temperature, sono le microscopiche imperfezioni nella struttura del materiale ad avere il maggiore impatto sull’effetto quantistico. Man mano che la temperatura sale, entrano in gioco le vibrazioni atomiche naturali del reticolo cristallino, che prendono il sopravvento. Questo cambiamento provoca addirittura un’inversione nella direzione del segnale elettrico generato, rivelando un meccanismo di controllo che nessuno aveva osservato prima.

Dalle imperfezioni atomiche alla tecnologia del futuro

La scoperta di questo meccanismo di “commutazione” apre prospettive notevoli. Una volta compreso cosa succede all’interno del materiale, diventa possibile progettare dispositivi che sfruttino deliberatamente queste proprietà. Il Professor Qi lo ha spiegato in modo piuttosto diretto: quando gli effetti quantistici smettono di essere concetti astratti e iniziano a diventare strumenti pratici, le applicazioni si moltiplicano.

Si parla di sensori autoalimentati, tecnologia indossabile che non richiede ricarica, componenti ultraveloci per le reti wireless di prossima generazione. Il sogno di una elettronica senza batterie, alimentata dall’energia ambientale, è ancora lontano dal diventare un prodotto sugli scaffali. Però questa ricerca fornisce una base concreta su cui costruire. E il fatto che il fenomeno sia controllabile attraverso la temperatura e le imperfezioni del materiale offre ai progettisti una leva in più per ottimizzare le prestazioni dei futuri dispositivi. La strada è tracciata, e per una volta non servono batterie per percorrerla.

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Il chip Majorana 2 di Microsoft segna un punto di svolta nel mondo del calcolo quantistico, e la ragione è più concreta di quanto si possa pensare. L’azienda di Redmond ha dichiarato che la sostituzione di alcuni materiali all’interno del processore ha migliorato in modo significativo le prestazioni dei qubit topologici, quei particolari bit quantistici che sfruttano le proprietà matematiche della topologia per ridurre gli errori durante le operazioni di calcolo.

Sembra una di quelle notizie da addetti ai lavori, e in parte lo è. Ma il punto chiave è semplice: uno dei problemi più grandi dei computer quantistici è che i qubit sono fragili, instabili, e tendono a sbagliare. La strategia topologica punta a rendere queste unità di calcolo molto più robuste per natura, non correggendo gli errori dopo che si verificano, ma evitando che si presentino in partenza. Ed è esattamente quello che Microsoft sta cercando di ottenere con il Majorana 2.

Cosa cambia davvero con i nuovi materiali

Il cuore della questione sta nei materiali. Quando si parla di chip quantistici, ogni componente fisico conta in modo sproporzionato rispetto ai processori tradizionali. Microsoft ha spiegato che lo swap dei materiali nel Majorana 2 ha permesso di stabilizzare i cosiddetti fermioni di Majorana, particelle quasi mitologiche nel campo della fisica delle particelle, che rappresentano il fondamento teorico su cui poggia l’intera architettura del chip.

In pratica, cambiando la composizione dei substrati e delle giunzioni superconduttive, il team di ricerca è riuscito a ottenere qubit che mantengono la coerenza quantistica più a lungo. E più a lungo un qubit resta coerente, più operazioni utili riesce a completare prima di “perdere il filo”. È un po’ come avere un equilibrista che, grazie a scarpe migliori, riesce a camminare sul filo molto più lontano senza cadere.

Non si tratta ancora di un computer quantistico pronto per il mercato, va detto con chiarezza. Ma il Majorana 2 rappresenta un passo avanti concreto nella dimostrazione che l’approccio topologico non è solo teoria elegante scritta su una lavagna, bensì qualcosa che funziona nella pratica.

Perché questa notizia conta nel panorama più ampio

La corsa al computer quantistico vede protagonisti diversi colossi tecnologici, da Google a IBM, passando per startup agguerrite. Ognuno segue strade diverse. Microsoft ha scommesso forte sulla topologia, una scelta considerata rischiosa per anni perché i risultati sperimentali tardavano ad arrivare. Ora, con il Majorana 2, arriva una conferma tangibile che quella scommessa potrebbe ripagare.

Il vantaggio dei qubit topologici, se davvero manterranno le promesse, è enorme: meno errori significa meno risorse spese nella correzione degli errori, il che si traduce in macchine quantistiche più efficienti e potenzialmente più scalabili. Insomma, meno spreco computazionale e più potenza utile.

Resta da vedere come evolverà il Majorana 2 nei prossimi mesi e se Microsoft riuscirà a scalare questa tecnologia oltre il laboratorio. Ma una cosa è chiara: il cambio di materiali non è stato un dettaglio ingegneristico qualsiasi. È stato, a tutti gli effetti, la mossa che ha dato credibilità a un intero approccio al calcolo quantistico.

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Un chip fotonico grande quanto un’unghia potrebbe rappresentare una svolta concreta per il futuro dell’intelligenza artificiale e del calcolo quantistico. Lo hanno realizzato alcuni ricercatori della Monash University, in Australia, e la notizia è di quelle che vale la pena seguire con attenzione. Il dispositivo riesce a generare, indirizzare e leggere informazioni trasportate dalla luce, tutto all’interno di un unico circuito integrato. Un risultato che fino a poco tempo fa sembrava fuori portata.

La ricerca, pubblicata sulla rivista Nature Photonics il 2 giugno 2026, si inserisce in un filone chiamato “valletronica” (o valleytronics, per chi preferisce il termine inglese). Si tratta di un campo che sfrutta una proprietà quantistica della luce nota come “grado di libertà di valle” per codificare le informazioni in modi completamente nuovi. E il bello è che questo chip fotonico funziona a temperatura ambiente, senza bisogno di quei sistemi di raffreddamento estremo che rendono molte tecnologie quantistiche costosissime e poco pratiche.

Come funziona il chip e perché è diverso da tutto il resto

Il cuore del dispositivo è fatto di materiali ultrasottili, spessi appena pochi atomi, combinati con nanostrutture ingegnerizzate per controllare la luce su scale incredibilmente piccole. Il team guidato dal dottor Chi Li ha trovato il modo di integrare tutti i componenti necessari sullo stesso chip: la generazione del segnale ottico, il suo instradamento lungo percorsi specifici e la conversione finale in segnali elettrici.

Il dottor Kaijian Xing, co-autore dello studio, ha spiegato che la chiave sta in un approccio di “impilamento” dei materiali sulle cosiddette metasuperfici, aggirando così le difficoltà tecniche legate alla crescita diretta dei materiali sulle strutture fotoniche. È un dettaglio tecnico, certo, ma nella pratica significa che questa tecnologia potrebbe essere più semplice da produrre su larga scala rispetto ad altre soluzioni.

Per dimostrare le capacità del chip fotonico, i ricercatori hanno codificato e processato due immagini separate nello stesso momento. Gestire più flussi di informazione in parallelo è una caratteristica fondamentale per qualsiasi tecnologia che ambisca a competere nel campo dell’elaborazione dati di nuova generazione.

Applicazioni concrete e prospettive future

Il dottor Haoran Ren, autore senior dello studio, ha sottolineato come questa tecnologia possa aprire la strada a dispositivi fotonici compatti, programmabili e altamente efficienti. Le applicazioni potenziali spaziano dai sistemi di comunicazione ottica sicura all’imaging avanzato, passando naturalmente per il calcolo quantistico e l’intelligenza artificiale.

Usare la luce al posto dell’elettricità per processare le informazioni porta vantaggi enormi in termini di larghezza di banda, velocità di trasmissione e consumi energetici. E il fatto che questo chip fotonico operi senza necessità di ambienti criogenici lo rende potenzialmente molto più vicino a un utilizzo reale rispetto a tante altre promesse del settore.

Il progetto ha coinvolto un team internazionale con contributi da Australia, Cina, Singapore, Germania e Giappone, mettendo insieme competenze in nanofotonica, materiali bidimensionali e optoelettronica. Il professor Stefan A. Maier, a capo della Scuola di Fisica e Astronomia della Monash University, ha definito il risultato un passo importante verso sistemi valletronici pienamente integrati, capaci di combinare luce e materiali quantistici su un singolo chip.

Resta da vedere quanto tempo servirà per passare dal laboratorio alla produzione industriale, ma la direzione è quella giusta. E quando una tecnologia funziona già a temperatura ambiente, metà del lavoro più duro è fatto.

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La tecnologia terahertz ha sempre rappresentato una specie di terra di mezzo nella fisica delle radiazioni elettromagnetiche. Quella fascia di frequenze compresa tra le microonde e l’infrarosso esiste, funziona, ma catturarla in modo efficiente è stato finora un grattacapo enorme. I rilevatori disponibili sono lenti, poco sensibili, oppure richiedono apparecchiature ingombranti e raffreddate a temperature criogeniche. Ora, però, un gruppo di ricercatori ha sviluppato un rilevatore quantistico compatto basato su una metasuperficie ingegnerizzata che potrebbe cambiare radicalmente le carte in tavola. Lo studio, pubblicato su Advanced Photonics nel maggio 2026, descrive un dispositivo capace di migliorare l’efficienza di rilevamento di circa venti volte rispetto ai modelli precedenti.

E qui vale la pena fermarsi un attimo per capire cosa rende questo approccio diverso. Il cuore del dispositivo sfrutta un fenomeno chiamato effetto fotoelettrico planare. In pratica, i fotoni terahertz trasferiscono energia agli elettroni confinati in un gas elettronico bidimensionale. Questi elettroni, una volta “eccitati”, attraversano un gradino di potenziale progettato con precisione e generano una corrente elettrica misurabile. La cosa interessante è che questo meccanismo non richiede ai fotoni di superare una soglia minima di energia, un limite che ha frenato molti rilevatori convenzionali.

Come la metasuperficie concentra la radiazione

Il vero colpo di genio sta nella metasuperficie stessa. Si tratta di una struttura con un motivo a “mattoncini” ripetuto che raccoglie la radiazione terahertz in arrivo e la convoglia in fessure microscopiche dove avviene il processo di rilevamento. Ogni fessura funziona come un mini rilevatore indipendente. Collegando elettronicamente tutti questi elementi tra loro, il segnale complessivo risulta molto più forte. Niente ottiche esterne, niente lenti in silicio, niente allineamenti complicati. Il team, guidato da Wladislaw Michailow tra l’Università di Cambridge e quella di Swansea, ha integrato gli elementi di rilevamento direttamente nelle zone dove il campo elettrico è più intenso. Come spiega lo stesso Michailow, questo approccio ha permesso di aumentare in modo significativo la sensibilità di rilevamento rispetto ai metodi tradizionali.

I test hanno dato risultati notevoli. Raffreddato a 10 K e esposto a radiazione vicina a 1,9 THz, il dispositivo ha mostrato una responsività di 2,7 ampere per watt e un’efficienza quantistica esterna del 2,1 percento, circa venti volte superiore ai precedenti rilevatori della stessa famiglia. Un dettaglio non trascurabile: il rilevatore opera senza polarizzazione, il che elimina le correnti di buio e riduce drasticamente il rumore di fondo.

Verso applicazioni concrete nel mondo reale

Quello che rende questa ricerca particolarmente promettente non è solo il salto prestazionale, ma la sua scalabilità. Il design è compatibile con le tecniche di produzione a semiconduttore già in uso per i transistor ad effetto di campo. Questo significa che l’integrazione con l’elettronica esistente non richiederebbe rivoluzioni industriali. La struttura piatta della metasuperficie elimina la necessità di componenti ottici esterni, semplificando assemblaggio e produzione su larga scala.

E poi c’è la questione della temperatura operativa. Dispositivi simili hanno già dimostrato di funzionare a temperature raggiungibili con criocondensatori compatti, senza bisogno di elio liquido. Un passo avanti che potrebbe colmare quel vuoto tra i rilevatori criogenici ad alta sensibilità e quelli a temperatura ambiente meno performanti.

Le applicazioni potenziali spaziano dalla sanità alle reti wireless di nuova generazione, dall’astronomia al controllo qualità nella manifattura. Come ha sottolineato David Ritchie, responsabile del gruppo di fisica dei semiconduttori a Cambridge, le possibilità aperte dalla tecnologia terahertz sono enormi. Questo studio rappresenta la prima dimostrazione di un fotorilevatore a metasuperficie quantistica basato su un sistema elettronico bidimensionale. Un traguardo che, se confermato nelle fasi successive di sviluppo, potrebbe finalmente rendere i terahertz una realtà accessibile e diffusa.

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Per la prima volta in assoluto, un gruppo di scienziati è riuscito a osservare direttamente il momento angolare mentre si propaga attraverso un cristallo, e quello che hanno trovato ha lasciato tutti un po’ spiazzati. Perché sì, la fisica dei materiali quantistici riserva ancora sorprese notevoli, anche a chi questi fenomeni li studia da decenni.

Il gruppo di ricerca ha utilizzato impulsi laser nella banda dei terahertz, quelli che potremmo definire “ultra potenti” nel contesto della fisica sperimentale. Sparando questi impulsi su un materiale quantistico, sono riusciti a innescare delle rotazioni atomiche microscopiche, piccolissime oscillazioni che coinvolgono la struttura più intima del cristallo. Fin qui, nulla di troppo anomalo. La parte davvero strana arriva dopo.

Quando la rotazione si ribalta: un effetto quasi impossibile

Osservando il trasferimento del momento angolare da un punto all’altro del cristallo, i ricercatori hanno notato qualcosa di controintuitivo. La direzione di rotazione degli atomi, a un certo punto, si inverte. Proprio così: il senso di rotazione si capovolge durante il passaggio. Non è un errore di misura, non è rumore nei dati. È un fenomeno reale, e la spiegazione sta nella simmetria cristallina del materiale stesso.

Funziona più o meno così. La struttura geometrica del cristallo, con le sue regole di simmetria ben precise, fa sì che quando due rotazioni si combinano durante il trasferimento, il risultato netto sia una rotazione nella direzione opposta. Due movimenti che girano nello stesso verso producono, insieme, uno spin contrario. Sembra un paradosso, eppure è esattamente quello che succede. Ed è la prima volta che qualcuno lo documenta con osservazione diretta.

Perché questa scoperta conta davvero

Ora, qualcuno potrebbe chiedersi: e quindi? Che impatto ha tutto questo? Il punto è che comprendere come il momento angolare si comporta nei materiali quantistici apre porte enormi. Dalla spintronica, che punta a costruire dispositivi elettronici basati sullo spin degli elettroni anziché sulla carica, fino alla comprensione più profonda delle proprietà quantistiche della materia solida, questa osservazione fornisce un tassello che mancava.

Non si tratta di un risultato puramente accademico. Sapere che la simmetria di un cristallo può ribaltare il senso di rotazione del momento angolare trasferito significa poter progettare materiali con proprietà specifiche, calibrate. Significa avere un controllo più fine su fenomeni che fino a ieri erano solo previsti dalla teoria ma mai visti dal vivo.

La tecnica basata sui laser terahertz si conferma poi uno strumento straordinario per sondare la materia a livello atomico, con una risoluzione temporale che permette di catturare eventi rapidissimi, nell’ordine dei picosecondi o meno. È come avere una telecamera capace di filmare gli atomi mentre danzano, e scoprire che ogni tanto, senza preavviso, cambiano il passo.

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Rilevare energia nell’ordine degli zeptojoule sembrava fantascienza fino a poco tempo fa. Eppure un gruppo di ricercatori finlandesi ha costruito un sensore quantistico talmente sensibile da captare segnali energetici inferiori a un miliardesimo di miliardesimo di joule. Per dare un’idea concreta: parliamo della quantità di energia necessaria per spostare un globulo rosso verso l’alto di un nanometro nella gravità terrestre. Quasi nulla, letteralmente. Questa scoperta, pubblicata sulla rivista Nature Electronics il 20 maggio 2026, potrebbe avere ricadute enormi sul calcolo quantistico, sulla ricerca della materia oscura e sulla capacità di contare singoli fotoni.

Il team, guidato dal professor Mikko Möttönen della Aalto University, ha lavorato in collaborazione con IQM, azienda specializzata in computer quantistici, e il centro di ricerca tecnica finlandese VTT. Il loro approccio si basa su un calorimetro, uno strumento progettato per misurare variazioni di calore estremamente piccole. Ma qui non si parla di un calorimetro qualunque.

Come funziona questo sensore quantistico ultra sensibile

Il cuore del dispositivo sfrutta una combinazione di due tipi di metalli: superconduttori, che lasciano passare l’elettricità senza resistenza, e conduttori normali, che invece oppongono resistenza al flusso elettrico. Questa combinazione rende la superconduttività un fenomeno così fragile che basta un minimo aumento di temperatura nel conduttore ultrafreddo per indebolirla immediatamente. Ed è proprio questa fragilità a renderlo uno strumento di misura straordinariamente preciso.

I ricercatori hanno inviato un impulso a microonde nel sensore e, dopo un meticoloso lavoro di filtraggio del segnale, hanno confermato di aver rilevato un impulso elettromagnetico da appena 0,83 zeptojoule. Secondo il team, è la prima volta che un dispositivo calorimetrico raggiunge questo livello di sensibilità. Nessuno prima ci era riuscito.

Le implicazioni per la materia oscura e i computer quantistici

Ecco dove la faccenda diventa davvero interessante. Questo sensore quantistico potrebbe un giorno permettere di contare singoli fotoni, un obiettivo inseguito da decenni sia nella tecnologia quantistica che nell’astrofisica. Möttönen ha spiegato che l’ambizione è rendere il dispositivo capace di rilevare segnali con un tempo di arrivo arbitrario, il che sarebbe fondamentale per intercettare gli assioni della materia oscura provenienti dallo spazio, particelle di cui non si sa quando potrebbero raggiungere il sistema di rilevamento.

C’è poi un altro aspetto pratico notevole. Il calorimetro funziona alle stesse temperature bassissime, nell’ordine dei millikelvin, richieste dai qubit, le unità fondamentali dell’informazione quantistica. Questo significa che potrebbe integrarsi nei computer quantistici senza introdurre disturbi nel sistema, evitando di dover alzare la temperatura o amplificare i segnali di misura. In prospettiva, il dispositivo potrebbe diventare un componente per la lettura dei qubit nei processori quantistici di nuova generazione.

Il lavoro è stato realizzato presso le strutture di OtaNano, l’infrastruttura nazionale finlandese per le nanotecnologie e le tecnologie quantistiche, con finanziamenti provenienti dall’iniziativa Future Makers, sostenuta dalla Fondazione Jane e Aatos Erkko e dalla Fondazione del Centenario delle Industrie Tecnologiche della Finlandia. Uno di quei risultati che ricordano quanto la ricerca di base, anche quando sembra occuparsi di grandezze invisibili, possa aprire porte che nessuno immaginava esistessero.

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