Superconduttori per sentire il vuoto

I sistemi ibridi luce-materia nel regime di accoppiamento non-perturbativo offrono un terreno fertile per l'osservazione di fenomeni esotici e nuove applicazioni nelle tecnologie quantistiche. Un recentissimo studio pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature Communications, dal titolo “Probing the symmetry breaking of a light–matter system by an ancillary qubit”, ha mostrato sperimentalmente, e per la prima volta, il fenomeno di rottura di simmetria di parità in un atomo artificiale (Xmon-qubit), causato dal campo di vuoto di un risonatore LC a superconduttore accoppiato con un flux-qubit nel regime di deep strong coupling.

In tale regime di interazione, l’energia di accoppiamento luce-materia diventa preponderante, e lo stato fondamentale del sistema è rappresentato da uno stato entangled popolato da fotoni virtuali non direttamente misurabili. Tuttavia, come puntualizzato da questo studio, è possibile evidenziare la presenza del campo di vuoto, misurando la rottura della simmetria di parità di un atomo artificiale debolmente accoppiato al sistema in esame.

L’articolo porta la firma del Prof. Alessandro Ridolfo del DFA, e nasce da una collaborazione teorico-sperimentale che ha coinvolto oltretutto l’Università di Messina, il RIKEN (Tokyo, Japan) e la Zhejiang University (Hangzhou, China).

Questo risultato apre nuove opportunità per l'esplorazione dei fenomeni emergenti nel regime di deep-strong coupling e per lo sviluppo di tecnologie quantistiche avanzate, nonché per lo studio delle transizioni di fase quantistiche.