Alcuni ricercatori del MIT hanno creato un cristallo di diamante di circa un millimetro di diametro. Il cristallo contiene molte imperfezioni causate da un atomo di azoto vicino a una fessura nel reticolo - un cosiddetto centro di vuoto di azoto. Proprio come un elettrone, ogni centro ha una proprietà quantistica chiamata spin, con due livelli di energia discreti. Poiché il sistema è un sistema quantistico, gli spin possono essere trovati non solo in uno dei livelli, ma anche in una combinazione di entrambi i livelli di energia.
"Ciò che è molto impressionante è che possono dimostrare di avere questo incredibile controllo sul sistema quantistico", ha spiegato Georg Engelhardt, un postdoc presso il Beijing Computational Science Research, che non è stato coinvolto in questo lavoro ma il cui lavoro teorico è servito come base. Un'applicazione ingegneristica è nei computer quantistici, sistemi che manipolano qubit, bit che possono essere non solo 0 o 1, ma una combinazione di 0 e 1. Lo spin di un diamante può codificare un qubit nei suoi due livelli di energia.
I qubit sono delicati: si scompongono facilmente in bit semplici, un 1 o uno 0. Oppure il qubit potrebbe diventare la combinazione sbagliata di 0 e 1. "Questi strumenti per misurare le simmetrie dinamiche", dice Engelhardt, "possono essere utilizzati come un controllo di sanità mentale che il tuo esperimento sia sintonizzato correttamente e con una precisione molto elevata". Nota il problema delle perturbazioni esterne nei computer quantistici, che paragona a una chitarra de-accordata. Accordando la tensione delle corde – regolando la radiazione a microonde – in modo tale che le armoniche corrispondano ad alcuni requisiti teorici di simmetria, si può essere sicuri che l'esperimento sia perfettamente calibrato.
"Ci sono due problemi che dovevamo risolvere", ha detto Changhao Li, uno studente laureato nel laboratorio di Paola Cappellaro, professore di scienze e ingegneria nucleare. Li ha recentemente pubblicato il lavoro su Physical Review Letters, insieme a Cappellaro e al collega studente laureato Guoqing Wang. "Il primo problema era che dovevamo progettare un sistema del genere. E in secondo luogo, come lo caratterizziamo? Come osserviamo questa simmetria?"
Il team del MIT ha già gli occhi puntati sulle estensioni di questo lavoro. "Il prossimo passo è applicare il nostro metodo a sistemi più complessi e studiare una fisica più interessante", dice Li. Mirano a più di due livelli di energia: tre, o 10, o più. Con più livelli di energia possono rappresentare più qubit. "Quando hai più qubit, hai simmetrie più complesse", ha detto Li. "E puoi caratterizzarli usando il nostro metodo."