L’atomtronica (termine formato dalla contrazione di Atom Electronics), è una nuova forma di elettronica fondata sugli atomi, dove appunto gli atomi svolgono un ruolo analogo a quello degli elettroni nei circuiti elettronici.
Un nuovo dispositivo, che basa il suo funzionamento sul flusso di nuvole di atomi ultrafreddi, promette di effettuare dei potenziali test sull’incrocio tra le stranezze del mondo quantistico e la familiarità del mondo macroscopico, con cui ci confrontiamo quotidianamente. Il Superconducting Quantum Interference Device (SQUID), basato sui principi dell’atomtronica, può essere utilizzato per effettuare delle misure di rotazione ultrasensibili e come componente dei computer quantistici.
Uno dei laboratori in cui viene effettuata la sperimentazione di questi dispositivi è quello di Los Alamos, dove opera il gruppo di Fisica della materia e Applicazioni quantistiche. Changhyun Ryu, uno dei membri di questo gruppo, afferma che in uno SQUID convenzionale, l’interferenza quantistica tra le correnti elettroniche può essere utilizzata per costruire uno dei più sensibili rilevatori di campo magnetico. Nel laboratorio vengono utilizzati atomi neutri piuttosto che elettroni carichi. La versione atomtronica di uno SQUID, invece di rispondere a campi magnetici, risulta sensibile alle rotazioni meccaniche.
Nonostante le dimensioni molto ridotte, circa 10 milionesimi di metro, lo SQUID atomtronico è migliaia di volte più grande delle molecole e degli atomi che sono tipicamente regolati dalle leggi della meccanica quantistica. La dimensione relativamente grande del dispositivo permette di testare delle teorie del mondo macroscopico, che potrebbero aiutare a spiegare come sia possibile rendere compatibile il mondo nel quale viviamo con le stranezze quantistiche che regolano l’universo sulle scale infinitesimali. Gli SQUID potrebbero essere considerati anche come dei sensori di rotazione altamente sensibili, oppure svolgere complicati calcoli come parte integrante di computer quantistici.
I ricercatori hanno costruito il dispositivo intrappolando atomi freddi dentro un “foglio” di luce laser. Un secondo laser, intersecando il “foglio”, va a disegnare dei percorsi, che guidano gli atomi in due semicerchi separati da piccoli spazi, le note Giunzioni di Josephson.
Quando lo SQUID viene ruotato e le giunzioni di Josephson si avvicinano fra di loro, si assiste a una variazione di concentrazione di atomi all’interno dei semicerchi, per effetto dell’interferenza quantomeccanica delle correnti che passano attraverso le giunzioni di Josephson. Contando gli atomi in ogni sezione del semicerchio, i ricercatori possono determinare con estrema precisione la velocità di rotazione del sistema.
Ovviamente, ci troviamo ancora di fronte a un prototipo di SQUID atomtronico, e la tecnologia deve ancora svolgere un lungo percorso prima che possa diventare preminente nelle osservazioni che riguardano la relazione tra il mondo quantistico e quello classico. I ricercatori si aspettano che dimensionando il dispositivo per produrre degli SQUID atomtronico con un diametro più ampio potrebbe aprire delle prospettive per nuove applicazioni pratiche e nuove osservazioni all’interno della meccanica quantistica.
