Nella ricerca scientifica esiste una convinzione tanto diffusa quanto pericolosa:
una tecnologia sembra incapace di superare un certo limite, si tende a pensare che quel limite sia imposto dalla natura stessa.
È un’idea rassicurante, perché suggerisce che non ci sia altro da fare se non attendere una nuova teoria o una rivoluzione concettuale.
by O.D.B. – 4 luglio 2026
La storia della scienza, però, insegna che non sempre è così.
Talvolta il limite non risiede nelle leggi della fisica, ma negli strumenti con cui cerchiamo di sfruttarle. E quando questo accade, una scoperta apparentemente tecnica può cambiare radicalmente le prospettive di un intero settore.
Questione di tempo
È quanto emerge da uno studio coordinato dall’Università di Vienna in collaborazione con l’Università del Colorado e pubblicato recentemente su Science Advances, che potrebbe ridisegnare il ruolo di una particolare famiglia di “quasi-particelle” chiamate magnoni. Per anni considerate estremamente promettenti per le tecnologie quantistiche ma troppo “fragili” per essere realmente utili, oggi sembrano aver superato quello che appariva il loro principale limite: una durata di vita troppo breve.
I ricercatori sono riusciti a prolungare la durata di vita dei magnoni fino a 18 microsecondi, circa cento volte oltre i valori osservati finora.
Il dato, di per sé, potrebbe sembrare poco significativo. Dopotutto, diciotto milionesimi di secondo continuano a rappresentare un intervallo di tempo infinitesimale ma, nel mondo quantistico, quei microsecondi fanno un’enorme differenza. Per comprendere perché, bisogna innanzitutto capire cosa siano i magnoni.
Magnoni…parliamone
Quando pensiamo alle particelle che trasportano informazioni, vengono spontaneamente in mente gli elettroni oppure i fotoni, le particelle della luce. I magnoni appartengono invece a una categoria diversa. Non sono particelle fondamentali, ma quasi-particelle, cioè eccitazioni collettive che emergono dal comportamento coordinato di moltissimi atomi all’interno di un materiale.
Si possono immaginare come minuscole onde di magnetizzazione che attraversano un materiale magnetico, in modo non troppo diverso dalle increspature che si propagano sulla superficie di uno stagno dopo avervi lanciato un sasso.
A differenza dei fotoni, però, queste onde non viaggiano nello spazio libero né all’interno di una fibra ottica. Si propagano esclusivamente nel materiale che le genera. Questa caratteristica rappresenta uno dei loro maggiori punti di forza.
Le loro lunghezze d’onda possono infatti raggiungere la scala dei nanometri, rendendo possibile la costruzione di circuiti magnonici estremamente compatti, teoricamente integrabili in chip delle stesse dimensioni di quelli già presenti negli smartphone. Esiste poi un’altra proprietà che rende i magnoni particolarmente interessanti.
Un elemento “poliedrico” ma effimero
Essendo eccitazioni di un solido, possono interagire naturalmente con numerose altre quasi-particelle, come i fononi, che rappresentano le vibrazioni del reticolo cristallino, oppure con i fotoni. Questa capacità di dialogare con sistemi fisici molto diversi li rende candidati ideali per le cosiddette architetture quantistiche ibride, nelle quali differenti tecnologie quantistiche devono poter comunicare tra loro.
Il problema era che tutto questo potenziale rimaneva, di fatto, inutilizzabile.
Le informazioni quantistiche sono estremamente “delicate”. Qualunque sistema destinato a trasportarle deve mantenere il proprio stato sufficientemente a lungo da consentire l’esecuzione di operazioni affidabili.
Nel caso dei magnoni, questo tempo era limitato a poche centinaia di nanosecondi. Troppo poco per qualunque applicazione pratica.
La convinzione diffusa era che questa brevissima durata costituisse una sorta di limite naturale insormontabile dei magnoni.
Mai dire mai
Il gruppo coordinato dal professor Andrii Chumak ha invece cambiato completamente approccio, dimostrando che la situazione è molto diversa.
Anziché utilizzare i tradizionali magnoni uniformi, hanno scelto magnoni caratterizzati da lunghezze d’onda molto più corte. Questa configurazione li rende molto meno sensibili ai difetti presenti sulla superficie del cristallo, quegli stessi difetti che, nei precedenti esperimenti, provocavano una rapida perdita delle informazioni.
Successivamente il team ha raffreddato minuscole sfere ultrapure di granato di ittrio e ferro (YIG) fino a circa 30 millikelvin, appena una frazione di grado sopra lo zero assoluto.
A temperature così estreme, gran parte dei processi termici responsabili della dissipazione dell’energia praticamente si arresta. La combinazione di questi due accorgimenti ha prodotto un risultato inatteso.
I magnoni riuscivano a mantenere il proprio stato per oltre 18 microsecondi: un miglioramento di quasi due ordini di grandezza rispetto ai record precedenti.
E non finisce qui…
E non finisce qui…
Ma la vera sorpresa è arrivata dall’analisi delle cause di questo comportamento. I ricercatori hanno confrontato tre sfere di YIG con differenti livelli di purezza. L’esito dell’esperimento è stato inequivocabile.
Più il cristallo risultava puro, maggiore era la durata di vita dei magnoni. Persino il campione meno puro superava comunque tutti i risultati ottenuti fino a oggi.
La conclusione modifica profondamente il modo in cui questo settore guardava al problema: non esiste una legge fondamentale che impedisca ai magnoni di vivere più a lungo.
Il limite osservato finora dipendeva soprattutto dalla qualità del materiale utilizzato: una differenza tutt’altro che trascurabile.
Se il vincolo fosse stato imposto dalla fisica fondamentale, le possibilità di miglioramento sarebbero state molto ridotte, se non nulle. Se invece dipende dalla purezza dei cristalli e dalla loro ingegnerizzazione, significa che esiste ancora un ampio margine di progresso attraverso la scienza dei materiali.
Da semplici comparse a protagonisti assoluti
Con una durata di vita di questo ordine di grandezza, i magnoni cessano di essere semplici segnali estremamente fugaci e diventano vettori di informazione quantistica sufficientemente stabili da poter svolgere un ruolo attivo nei futuri dispositivi. Secondo gli autori dello studio, potrebbero funzionare come vere e proprie memorie quantistiche oppure come collegamenti a bassa perdita tra differenti qubit presenti sullo stesso chip.
In altre parole, potrebbero trasformarsi in quello che gli ingegneri definiscono un bus quantistico: un’infrastruttura capace di mettere in comunicazione centinaia di qubit attraverso un percorso condiviso.
Una componente di questo tipo rappresenta uno degli elementi più attesi nello sviluppo di computer quantistici realmente scalabili. Non solo.
Proprio perché i magnoni riescono ad accoppiarsi naturalmente con numerosi sistemi quantistici differenti, potrebbero svolgere anche il ruolo di “traduttori universali”, consentendo a tecnologie oggi incompatibili di scambiarsi informazioni all’interno di una stessa architettura.
È anche per questo che gli autori parlano della possibilità di arrivare, un giorno, a computer quantistici grandi quanto una moneta da un centesimo.
Il cambio di paradigma che serviva
Naturalmente non significa che questa miniaturizzazione sia dietro l’angolo. Restano da affrontare altre numerose sfide tecnologiche prima che i risultati di laboratorio possano trasformarsi in dispositivi commerciali. Ma il lavoro dell’Università di Vienna ha cambiato decisamente le carte in tavola.
Fino a ieri sembrava che fosse la fisica stessa a imporre un limite invalicabile ai magnoni, oggi sappiamo che quel limite era molto più “terreno”: la qualità dei materiali.
E, nella storia della tecnologia, quando un problema smette di appartenere alle leggi della natura per diventare “solo” un problema di ingegneria, significa spesso che la partita è appena cominciata.
Fonti:
