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Jun 26, 2023

La NSF sostiene la tecnologia quantistica

Una nuova generazione di sensori potrebbe un giorno consentire ai medici di individuare le infezioni all’interno delle singole cellule o ai geologi di trovare depositi minerali sotterranei senza sollevare una pala. Portare tali innovazioni

Una nuova generazione di sensori potrebbe un giorno consentire ai medici di individuare le infezioni all’interno delle singole cellule o ai geologi di trovare depositi minerali sotterranei senza sollevare una pala. Portare a compimento tali innovazioni è l’obiettivo di 18 gruppi di ricerca sostenuti da un investimento di 29 milioni di dollari da parte della National Science Foundation degli Stati Uniti. L’obiettivo è sfruttare le proprietà infinitesimali – e talvolta controintuitive – della natura su scala quantistica per creare nuove opportunità su scala umana.

I 18 team sono composti da ricercatori delle università degli Stati Uniti che hanno gareggiato e vinto finanziamenti dal programma Quantum Sensing Challenges for Transformational Advances in Quantum Systems della NSF. Ciascun team riceverà da 1 a 2 milioni di dollari in quattro anni per condurre ricerche che utilizzano fenomeni quantistici, come l'entanglement (quando alcune proprietà di due o più particelle separate sono collegate invisibilmente), per creare sensori in grado di fare cose che altrimenti sarebbero impossibili . Collettivamente, i team condurranno un’ampia gamma di attività di ricerca esplorativa, dalla misurazione dell’altezza e della densità delle montagne con un orologio atomico ultrapreciso alla rivelazione delle funzioni interne delle cellule viventi con particelle di luce legate in modo quantistico.

"Per decenni, l'esplorazione scientifica su scala quantistica ha prodotto scoperte sorprendenti su come funziona il nostro universo - e possibilità allettanti per le tecnologie quantistiche", afferma il direttore della NSF Sethuraman Panchanathan. "Stiamo ora facendo il passo successivo nella ricerca quantistica attraverso questi e altri progetti, che combinano la ricerca fondamentale con potenziali applicazioni che possono avere un impatto positivo sulle nostre vite, sulla nostra prosperità economica e sulla nostra competitività come nazione."

I nuovi progetti fanno parte della più ampia strategia della NSF per realizzare i progressi scientifici e tecnologici richiesti nel “National Quantum Initiative Act” del 2018 e, in particolare, nel rapporto Bringing Quantum Sensors to Fruition del 2022 del National Science and Technology Council.

Tra i gruppi di ricerca ce ne sono due situati negli stati che partecipano al Programma stabilito della NSF per stimolare la ricerca competitiva (EPSCoR), che fornisce finanziamenti ad aree degli Stati Uniti che storicamente hanno ricevuto meno finanziamenti federali per la ricerca rispetto ad altre. Oltre alle università ad alta intensità di ricerca, i team ne includono anche uno proveniente da un istituto di ricerca emergente. Tutti i team condurranno attività di formazione e sensibilizzazione insieme al loro lavoro di ricerca e sviluppo. Tali attività includono programmi K-12 con studenti e insegnanti, collaborazioni con college della comunità locale e altri programmi di tutoraggio volti a ispirare gli studenti a intraprendere una carriera nella scienza e nell'ingegneria legate alla quantistica.

Sensori atomici quantistici compatti e robusti per il cronometraggio e il rilevamento inerziale (Università del Wisconsin-Madison)

Il team utilizzerà tecnologie fotoniche e atomi ultrafreddi per costruire accelerometri portatili e orologi atomici sufficientemente robusti da poter essere utilizzati in ambienti difficili come lo spazio o in veicoli in cui il GPS non è disponibile.

Sviluppo di sensori quantistici con elio-4 utilizzando materiali 2D (Università del Nevada, Reno)

Il team creerà una membrana con pori su scala atomica per creare un collegamento debole noto come giunzione Josephson tra serbatoi di superfluido (un liquido con viscosità zero) per esplorare come le proprietà quantistiche della superfluidità possano consentire nuove misurazioni ultraprecise di pressione, gravità, rotazione e accelerazione.

Imaging interferometrico distribuito e entangled potenziato dal punto di vista quantistico per telescopia e metrologia (Università dell'Oregon)

Il team costruirà componenti chiave per un telescopio quantistico che utilizza fotoni entangled per supportare l’interferometria di base molto lunga per migliorare l’imaging di oggetti astronomici e il telerilevamento.

Rilevamento quantistico dell'entanglement distribuito di sostanze chimiche atmosferiche e aerosol (Università della California, Los Angeles)

Il team utilizzerà il rilevamento quantistico distribuito con stati entangled di luce e nuove tecniche di spettroscopia quantistica per andare oltre il "limite quantistico standard" per il rilevamento remoto di costituenti atmosferici come ammoniaca, ossidi di azoto e idroperossidi organici.