Come i diamanti stanno alimentando la nuova rivoluzione quantistica

AGI - Nel pieno della crisi del mercato dei diamanti naturali, prende quota una scommessa industriale: i “technology diamonds”. Si tratta, scrive il Financial Times, di pietre prodotte in laboratorio e progettate per applicazioni quantistiche, con l’obiettivo di aprire nuovi sbocchi che superino la gioielleria più classica.

L'obiettivo è quello di trasformare un prodotto in calo di domanda in un componente per sensori ad alta precisione. La 'durevolezza' dei diamanti, spesso amplificata da spot pubblicitari, viene così riletta in chiave tecnologica: la resistenza che ha reso la pietra ambita per secoli viene ora sfruttata per immaginare sensori capaci, un giorno, di leggere onde cerebrali, permettere la navigazione senza satelliti e accelerare diagnosi mediche.

Il processo

L’idea si basa su un principio controintuitivo: introducendo difetti microscopici nella struttura cristallina ordinata del diamante, i ricercatori possono trasformarlo in un rilevatore estremamente sensibile di fenomeni quantistici subatomici. È una linea di sviluppo che si inserisce in un balzo più ampio della sensoristica di fascia alta, alimentato dalle proprietà peculiari della meccanica quantistica.

A cento anni da quando il fisico tedesco Werner Heisenberg costruì un quadro matematico per descrivere la fisica quantistica, la comunità scientifica parla ora di “seconda rivoluzione quantistica”. La prima ha portato alla comprensione del comportamento quantistico e ha posto le basi per elettronica, laser e superconduttori. La seconda punta al controllo accurato di quei processi, con applicazioni nuove in campi come calcolo, crittografia e sensori.

Per i diamanti questo passaggio arriva in un momento complicato per l’intera industria. Le vendite di gioielli con diamanti naturali hanno registrato un forte arretramento dopo la pandemia anche a causa della concorrenza delle pietre sintetiche a basso costo prodotte in Cina. In questo contesto, alcuni operatori vedono nei “diamanti tecnologici”, compresi i diamanti quantistici realizzati in laboratorio, una possibile inversione di marcia.

Scenari futuri

Gran parte dell’attenzione mediatica sulle tecnologie quantistiche si concentra sui computer quantistici, che promettono capacità oltre le macchine più avanzate di oggi. Nel frattempo, però, i sensori quantistici risultano più vicini a un impiego concreto e già trovano applicazione in aree che vanno dall’imaging medico agli orologi ultra-precisi e alla navigazione.

“Laser, semiconduttori e superconduttori fanno parte della prima rivoluzione quantistica e ha avuto un impatto trasformativo”, osserva Sir Peter Knight, fisico quantistico e presidente del board strategico del National Quantum Technologies Programme del Regno Unito, citato dal Ft. “La seconda rivoluzione è la capacità di ottenere informazione a livello quantistico dalla materia atomica ed elaborarla: darà nuovi sensori, nuovi sistemi di temporizzazione e nuove capacità di comunicare dati”, aggiunge Knight, che presiede anche il Quantum Metrology Institute presso il National Physical Laboratory britannico.

Il “salto quantico” è diventato un’espressione di uso comune per indicare progressi straordinari. Nel caso della sensoristica quantistica l'attenzione è concentrata sulla capacità di misurare variazioni minuscole con un livello di precisione irraggiungibile per strumenti tradizionali. In fisica, il concetto di “quanto” indicava inizialmente quantità specifiche, pacchetti discreti di energia trasferita quando la luce o altre radiazioni interagiscono con la materia. A seconda dell’energia in gioco, quell’interazione può modificare proprietà misurabili degli atomi, come rotazioni, vibrazioni e comportamento degli elettroni. È in questo spazio submicroscopico che emergono effetti spesso lontani dall’esperienza quotidiana e che oggi diventano la base per sensori sempre più raffinati.