“Volevamo creare molecole artificiali che assomigliassero a quelle naturali”, commenta Emil Sierda, alla guida dello studio. “Quindi abbiamo sviluppato un sistema che ci permette di intrappolare gli elettroni (i costituenti fondamentali degli atomi insieme a protoni e neutroni): gli elettroni – osserva Sierda – circondano una molecola come una nuvola e abbiamo perciò usato quegli elettroni intrappolati per costruire una molecola artificiale. La somiglianza con quella naturale è inquietante”.
I simulatori quantistici, come quello usato nello studio, sono dispositivi speciali progettati per fornire informazioni su problemi fisici specifici. Questa tecnica è già stata sfruttata in diversi esperimenti, che includono gas quantistici ultra-freddi, circuiti superconduttori e anche i cosiddetti cristalli temporali: un nuovo tipo di materia che si ripete periodicamente nel tempo, così come un normale cristallo tridimensionale si ripete periodicamente nello spazio. I simulatori quantistici forniscono un’alternativa ai computer classici, e anche ai supercomputer, per comprendere le proprietà di sistemi complessi: consentono infatti un controllo molto preciso e la possibilità di variare liberamente i parametri del sistema.
“Realizzare molecole è difficile, ed è ancora più difficile capire come reagiscono, ad esempio come cambiano quando vengono deformate o alterate”, dice Alex Khajetoorians, co-autore dello studio. “Volevamo simulare le molecole, in modo da poterle modificare in modi quasi impossibili con quelle naturali. In questo modo – aggiunge Khajetoorians – possiamo dire qualcosa sulle molecole naturali senza dover affrontare le sfide che presentano, come la loro forma in continua evoluzione”.
Secondo i ricercatori coinvolti, le possibili applicazioni di questa tecnica sono vastissime. Ad esempio, utilizzando un simulatore quantistico è possibile comprendere molto meglio le molecole e le loro reazioni, fattore che aiuterà in moltissimi campi di ricerca. Si potrebbero, inoltre, simulare nuovi materiali per i computer del futuro, valutandone le proprietà prima di passare alla realizzazione vera e propria. In un futuro più lontano, potrebbe divenire possibile anche studiare le reazioni chimiche passo dopo passo come in un video al rallentatore, o realizzare dispositivi elettronici artificiali basati su una singola molecole, che consentirebbero, ad esempio, di ridurre le dimensioni di un transistor a quelle di un chip di computer.