L’archiviazione delle informazioni ha sempre seguito un principio essenziale: la distinzione tra due stati, ovvero uno e zero. Dai primi telai a schede perforate dell’Ottocento ai moderni dispositivi elettronici e quantistici, la capacità di memorizzare dati ha sempre dipeso dalla dimensione fisica degli elementi di archiviazione. Ora, i ricercatori dell’Università di Chicago hanno introdotto un metodo che sfrutta i difetti nei cristalli per immagazzinare i dati come se fossero degli hard disk a “memoria quantistica”.
Dagli USA arrivano i cristalli che contengono terabyte di dati in un millimetro
“Ogni cella di memoria è un singolo atomo mancante, un singolo difetto. [Con questa nuova tecnica] ora è possibile immagazzinare terabyte di bit all’interno di un piccolo cubo di materiale delle dimensioni di un millimetro“. Così racconta il Professor Tian Zhong, docente presso l’ateneo americano, in merito all’ultima innovazione del suo team: una tecnica che utilizza come unità di memoria i “difetti” nei cristalli, ovvero delle zone in cui viene a mancare l’ordine proprio del reticolo cristallino.
L’idea ha origine dalle ricerche di Leonardo França, primo autore dello studio pubblicato sulla rivista Nanophotonics. Inizialmente França si occupava di dosimetri a radiazioni, dispositivi utilizzati negli ospedali per monitorare l’esposizione dei lavoratori ai raggi X.
In ambienti come ospedali e acceleratori di particelle, è infatti necessario monitorare la quantità di dose di radiazioni a cui le persone sono esposte. Lo stesso França ha notato durante le sue ricerche che “ci sono alcuni materiali che hanno questa capacità di assorbire le radiazioni e immagazzinare tali informazioni per un certo periodo di tempo“. Appunto i cristalli, che quando assorbono energia sufficiente “rilasciano elettroni e lacune, che sono catturate dai difetti“.
Attraverso alcune tecniche ottiche, ha scoperto che l’informazione memorizzata in questi difetti poteva essere letta e manipolata. Questo lo ha portato a esplorare il potenziale dei difetti nei cristalli come sistema di archiviazione dati, unendo le sue competenze con quelle del laboratorio di Zhong per sviluppare un dispositivo microelettronico ispirato alla tecnologia quantistica, che sfrutta la mancanza di un singolo atomo in un cristallo per registrare un bit di informazione.
L’utilizzo delle terre rare per sviluppare una memoria quantistica
Per realizzare questa nuova tecnologia, il team ha introdotto ioni delle “terre rare”, una famiglia di elementi chimici noti per le loro proprietà ottiche versatili. In particolare, hanno impiegato praseodimio e un cristallo di ossido di ittrio, ma il processo è adattabile a diversi materiali, grazie alle versatili e potenti proprietà ottiche delle terre rare.
A differenza dei dosimetri, che sono tipicamente attivati dai raggi X o dai raggi gamma, qui il dispositivo di archiviazione è attivato da un semplice laser ultravioletto, che eccita gli ioni di “terre rare”, inducendo il rilascio di elettroni. Questi elettroni vengono quindi intrappolati nei difetti del cristallo, per la precisione nelle lacune lasciate dall’assenza di atomi di ossigeno. Questa capacità di controllo delle cariche all’interno dei difetti permette di assegnare uno stato “uno” o “zero”, trasformando il cristallo in un efficiente sistema di memoria.
L’aspetto più sorprendente di questa tecnologia è la sua capacità di immagazzinare un numero incredibile di dati in uno spazio ridottissimo. Secondo Zhong, all’interno di un cubo di cristallo di appena un millimetro possono essere registrati miliardi di unità di memoria classica.
Questo studio apre la strada a una nuova generazione di dispositivi di archiviazione basati su principi ottici e solidi, offrendo una soluzione che potrebbe superare i limiti fisici delle memorie attuali e ridefinire il futuro dell’informatica classica e anche della memoria quantistica.
