TUK porta competenza in fisica

Elke Neu Ruffing

Comportamento in stormo, come quello che conosciamo ad esempio negli uccelli e nei pesci, serve come ispirazione per i ricercatori nel recente progetto approvato dalla Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG). L'obiettivo del Sonderforschungsbereich (SFB) Transregio "Cooperatività quantistica di luce e materia", finanziato con 11 milioni di euro, è comprendere e sfruttare il comportamento cooperativo nel mondo quantistico, al fine di migliorare, ad esempio, le prestazioni o la sensibilità dei sensori. Nel SFB si collegano tra loro diverse università a livello regionale. La prof.ssa Elke Neu-Ruffing della TU Kaiserslautern (TUK), con il suo gruppo di lavoro, è coinvolta in un sottoprogetto.

L'Università Friedrich-Alexander di Erlangen-Nürnberg (FAU), in veste di capofila, insieme all'Università Johannes Gutenberg di Mainz (JGU) e all'Università del Saarland, costituisce il team principale nel nuovo TRR-SFB "QuCoLiMa". I ricercatori studiano il comportamento collettivo nel mondo quantistico. Come base si utilizza il fenomeno del comportamento in stormo, noto nel mondo animale – cioè che la collaborazione genera effetti che vanno oltre la somma dei singoli contributi. L'oggetto di studio sono le interazioni all'interfaccia tra ottica quantistica e materia condensata. Gli scienziati e le scienziate vogliono, nell'ambito del TRR-SFB, scoprire se e come si sviluppa il comportamento cooperativo nel mondo quantistico e come si può controllarlo. I risultati dovrebbero trovare applicazione, tra le altre cose, in tecnologie di comunicazione a prova di intercettazione, sensori ad alte prestazioni e computer.

«Portiamo un piccolo numero di particelle simili agli atomi in un sistema chiuso, un cosiddetto risonatore in carburo di silicio», spiega Neu-Ruffing. «La luce che le particelle emettono viene continuamente riflessa indietro verso di loro, portando infine alla sincronizzazione dell'emissione luminosa. Le particelle formano così, assieme alla luce, un sistema collettivo. Sono già stati condotti studi su sistemi quantistici collettivi, ma mai in questo nuovo sistema di materiali. Con il nostro approccio possiamo comprendere molto meglio come si originano gli effetti e svilupparli ulteriormente.»

Mentre la fisica di Kaiserslautern lavora con la luce, la FAU studia parallelamente il comportamento collettivo delle particelle in relazione alle vibrazioni meccaniche. L'Università Johannes Kepler di Linz fornisce la base teorica e calcola gli effetti della luce e delle vibrazioni nei sistemi chiusi o risonatori.

Un ruolo importante è svolto dal carburo di silicio come "materiale di costruzione" per i risonatori e per la creazione di sistemi atomici simili agli atomi. «Utilizziamo questa combinazione chimica come piattaforma per avvicinare molto i nostri sistemi alla tecnologia esistente. Il carburo di silicio trova già ampio impiego oggi sotto forma di componenti semiconduttori nell'elettronica di potenza», afferma Neu-Ruffing. «La visione futura è che le nostre scoperte permettano di collegare le tecnologie quantistiche a quelle classiche.»

Per quanto riguarda gli scenari di applicazione futuri, Neu-Ruffing cita come esempio i sensori quantistici: «Se un sensore si comporta in modo quantistico, è molto più sensibile agli impulsi provenienti dall'ambiente», spiega la fisica. «Segnali diffusi come il rumore possono essere misurati molto meglio con questo metodo.» La ricerca congiunta sui sistemi quantistici collettivi nel Sonderforschungsbereich QuCoLiMa dovrebbe aprire la strada a liberare tale potenziale, ad esempio nella sensoristica, e a fare progressi nelle tecnologie dell'informazione e della comunicazione.

Risposte alle domande da parte di:
Prof.ssa Elke Neu-Ruffing
Tel.: 0631 205-5788
E-mail: nruffing@rhrk.uni-kl.de