Ricercatori hanno mostrato come sia possibile controllare la chiralità di spin, una proprietà magnetica stabile e robusta che si presenta come una promettente candidata per il quantum computing
Uno studio condotto, tra gli altri, da ricercatori dell’Istituto nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Nano) ha dimostrato per la prima volta che è possibile controllare la struttura magnetica interna di una molecola usando radiazione infrarossa. Il lavoro, frutto di una collaborazione internazionale tra Cnr Nano, Università di Strasburgo, Paul Scherrer Institute e Laboratorio Nazionale dei Campi Magnetici Intensi di Grenoble, è pubblicato su Nature Communications e apre nuove prospettive per le tecnologie quantistiche.
In particolare, i ricercatori hanno mostrato come sia possibile controllare la chiralità di spin, una proprietà magnetica stabile e robusta che si presenta come una promettente candidata per il quantum computing, dove la conservazione delle informazioni quantistiche è cruciale. “Non tutte le proprietà quantistiche di una molecola sono ugualmente resistenti alle interazioni con l’ambiente”, spiega Filippo Troiani di Cnr Nano, autore dello studio. “L’orientazione dello spin molecolare potrebbe essere utilizzata per codificare i qubit nei computer quantistici, ma perde rapidamente le sue proprietà quantistiche a causa delle interazioni con gli spin nucleari circostanti. Questo lavoro dimostra invece la possibilità di controllare una proprietà più “esotica” di alcune molecole magnetiche: la chiralità di spin, legata all’orientazione relativa dei momenti magnetici interni alla molecola. Rispetto allo spin molecolare, la chiralità di spin è più robusta perché è meno influenzata dalle interazioni con gli spin nucleari. Inoltre, come mostrato nello studio, può essere manipolata con campi elettrici, che offrono il vantaggio di essere più facilmente focalizzabili rispetto ai campi magnetici, permettendo un controllo più preciso e localizzato nelle manipolazioni delle proprietà quantistiche.”
I ricercatori hanno studiato una molecola (Fe3) formata da tre ioni di ferro, disposti in una geometria triangolare. Utilizzando la spettroscopia nel lontano infrarosso, una tecnica mai applicata prima a molecole magnetiche complesse, hanno indotto nelle molecole transizioni che invertono la chiralità, senza modificare l’orientazione dello spin molecolare.
La capacità di manipolare la chiralità di spin attraverso campi elettrici, come quelli associati alla radiazione infrarossa, potrebbe avere applicazioni nella computazione e nel sensing quantistici. In questi ambiti, infatti, è fondamentale sia la capacità di poter manipolare selettivamente ogni singola molecola, che quella di proteggere il qubit dalla decoerenza, ovvero dalle interazioni con l’ambiente che ne compromettono le proprietà quantistiche.
Lo studio rappresenta la prima conferma sperimentale di concetti teorici proposti oltre un decennio fa da Filippo Troiani, in collaborazione con Daniel Loss, dell’Università di Basilea, tra i massimi esperti di qubits basato sugli spin. “Contribuire alla validazione di queste idee pionieristiche, insieme a gruppi sperimentali internazionali, è stata un’esperienza estremamente gratificante”, conclude Troiani.
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