Un tipo di materia che “batte il tempo” per sempre, senza bisogno di energia esterna, ha appena fatto un salto enorme verso applicazioni concrete. Si chiama cristallo temporale, ed è uno di quei concetti che sembrano usciti da un film di fantascienza ma che invece esistono davvero, confermati sperimentalmente già nel 2016. La novità? Un gruppo di ricercatori dell’Università Aalto in Finlandia è riuscito per la prima volta a collegarlo a un dispositivo esterno, dimostrando che il suo comportamento può essere controllato. E questo cambia tutto.

Per capire di cosa si parla, bisogna fare un passo indietro. Nel 2012, il fisico Frank Wilczek, premio Nobel, aveva teorizzato che certi sistemi quantistici potessero organizzarsi in schemi ripetitivi nel tempo, non nello spazio come i cristalli tradizionali. Una specie di orologio perpetuo che oscilla nel suo stato di energia più basso, senza mai fermarsi. Suona impossibile, eppure la meccanica quantistica lo permette, a patto che nessuna energia esterna venga introdotta nel sistema. Proprio per questo motivo, finora nessuno era mai riuscito a connettere un cristallo temporale a qualcosa di esterno senza distruggerlo.

Come hanno fatto: superfluidi, magnoni e temperature vicine allo zero assoluto

Il team guidato da Jere Mäkinen ha usato onde radio per iniettare dei magnoni, delle quasiparticelle che si comportano come singole particelle pur essendo gruppi, all’interno di un superfluido di elio 3 raffreddato a temperature prossime allo zero assoluto. Una volta spente le onde radio, i magnoni si sono auto organizzati formando un cristallo temporale. La cosa notevole è che questo cristallo ha continuato a oscillare per un tempo insolitamente lungo, fino a 108 cicli, diversi minuti prima di indebolirsi al punto da non essere più misurabile.

Durante il suo graduale affievolimento, il cristallo temporale ha interagito con un piccolo oscillatore meccanico posto nelle vicinanze. E qui arriva il colpo di scena: la natura di questa interazione dipendeva dalla frequenza e dall’ampiezza dell’oscillatore, il che significa che era possibile regolare e modulare il comportamento del cristallo. Mäkinen ha spiegato che i cambiamenti nella frequenza del cristallo temporale sono del tutto analoghi ai fenomeni optomeccanici già noti in fisica, gli stessi utilizzati ad esempio per rilevare le onde gravitazionali presso il LIGO negli Stati Uniti.

Perché questa scoperta conta per il futuro del quantum computing

Collegare un cristallo temporale a un sistema optomeccanico non è solo un esercizio accademico elegante. Apre la strada a tecnologie molto concrete. I cristalli temporali durano ordini di grandezza più a lungo rispetto ai sistemi quantistici attualmente impiegati nel quantum computing. Questo li rende candidati ideali per potenziare i sistemi di memoria dei computer quantistici, uno dei colli di bottiglia più frustranti di questa tecnologia. Potrebbero anche funzionare come pettini di frequenza, strumenti usati in dispositivi di misurazione ad altissima sensibilità.

Lo scenario migliore, come ha sottolineato Mäkinen, è che i cristalli temporali possano migliorare significativamente le prestazioni dei computer quantistici. La ricerca, pubblicata su Nature Communications, è stata condotta presso il Low Temperature Laboratory, parte di OtaNano, l’infrastruttura nazionale finlandese per le nanotecnologie e le tecnologie quantistiche. Un piccolo laboratorio nel freddo della Finlandia che potrebbe aver appena scritto un capitolo importante nella storia della fisica applicata.

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