A caccia delle particelle di Majorana: un viaggio attraverso nuovi “materiali” per costruire il computer del futuro

Sede di Salerno

Nell’ultimo decennio, la fisica della materia ha dimostrato di poter realizzare in laboratorio stati quantistici che hanno delle proprietà simili ai fermioni di Majorana, così come previsto da Ettore Majorana nel 1937 nel suo celebre articolo “Teoria simmetrica dell’elettrone e del positrone”. Le proprietà dei materiali in generale sono determinate da elettroni che interagiscono tra di loro e con le vibrazioni del reticolo cristallino formato dagli atomi del solido. Questo ambiente quantistico permette agli elettroni di assumere dei comportamenti collettivi con delle caratteristiche completamente differenti da quelle del singolo elettrone. Questo è il caso delle particelle di Majorana. Per comprendere l’origine degli stati di Majorana e come sia possibile realizzarli nei materiali, partiremo dalla scoperta dell’anti-materia e come l’idea di particella ed anti-particella sia trasferibile nel campo dei materiali sotto forma di presenza ed assenza (buche) di elettroni. Il viaggio continua attraverso la presentazione dei materiali superconduttori e di nuove colle quantiche. I superconduttori sono materiali speciali che hanno un ruolo molto rilevante per costruire piattaforme quantistiche con stati di Majorana. Proveremo a prendere familiarità con gli stati di Majorana e con le loro sorprendenti proprietà. Uno stato di Majorana che si forma al bordo di un superconduttore è una frazione di un elettrone, e può essere impiegato per formare un bit quantistico, ovvero un qubit. Tuttavia, rispetto alle altre tipologie di qubit, gli stati di Majorana sono più resistenti a fenomeni di decoerenza quantistica, perché hanno un carattere topologico che rende più difficile la loro distruzione. Infine, la loro manipolazione quantistica, necessaria per realizzare un computer quantistico, è più agevole perché basata solo sul cambiamento della loro posizione.

Mario Cuoco