Un nuovo dispositivo di raffreddamento ad alta velocità consente di spostare oggetti piuttosto grandi nel mondo quantistico

Gli scienziati e gli ingegneri che lavorano con i sistemi optomeccanici cercano di sfruttare gli strani effetti e fenomeni del mondo quantistico. Per farlo, combinano vari componenti del sistema con elementi di circuiti superconduttori. Tutto questo viene raffreddato e funziona a temperature dell'ordine di 100 millikelvin, ma in alcuni casi anche questa temperatura non è sufficiente per far sì che un dispositivo si "sposti" nel mondo quantistico e vi alloggi in modo sicuro. Per spostare oggetti di grandi dimensioni, visibili a occhio nudo, nel mondo quantistico sono necessarie temperature ancora più vicine allo zero assoluto e nuovi metodi di raffreddamento.

Gli scienziati dell’Università di Innsbruck e dell’Istituto di Ottica Quantistica e Informazione Quantistica (IQOQI) hanno dimostrato un nuovo meccanismo di raffreddamento non lineare, in grado di raffreddare in modo rapido ed efficiente anche oggetti di grandi dimensioni.

Nei loro esperimenti, gli scienziati hanno collegato un oggetto meccanico, una banda vibrante lunga 100 micrometri, con un circuito superconduttore. Come «accoppiatore» è stato utilizzato un campo magnetico generato da un magnete permanente collegato alla striscia vibrante. Quando il magnete si muove, si verificano variazioni del flusso magnetico che circolano nel circuito, il cui «cuore» è lo SQUID (dispositivo di interferenza quantistica superconduttore).

La frequenza di risonanza del dispositivo SQUID varia con il flusso magnetico, che a sua volta è regolato da segnali a microonde. A determinate frequenze di risonanza, l’oscillatore micromeccanico (una banda vibrante con un magnete) può passare quasi allo stato quantico di minima energia, cioè raffreddarsi a una temperatura molto, molto vicina al punto di zero assoluto.

«Qui sfruttiamo il fatto che la variazione della frequenza di risonanza del dispositivo SQUID è una funzione non lineare della potenza di microonde che guida l’oscillazione dell’oscillatore. Di conseguenza, possiamo raffreddare un oggetto di un ordine di grandezza superiore a quello che sarebbe possibile con qualsiasi altro metodo e allo stesso livello di potenza«, scrivono i ricercatori, «La strada è ora completamente aperta per scoprire e studiare le proprietà quantistiche di oggetti macroscopici di grandi dimensioni, e si possono presto prevedere nuove scoperte e progressi in questo campo«.

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