Le grandi domande della vita: Operare con i quanti

Continuo a farmi ispirare dalle domande rivolte a Gabriella Greison (trovate il link alla sua pagina all'interno di questo post di Stefano Marcellini) anche in questa nuova puntata de Le grandi domande della vita.

Le basi quantistiche del computer classico

In questo periodo si parla molto di computer quantistico, e questo genera indubbiamente confusione, ma anche curiosità, tanto che alla fine ci si potrebbe legittimamente chiedere quanta meccanica quantistica c'è nei computer che usiamo goni giorno.
Tutto inizia nel 1949 quando il fisico Werner Jacobi, al tempo al lavoro nei laboratori della Siemens, brevettò un primo circuito integrato, costituito da cinque transistor.
Il transistor è un dispositivo basato sui semiconduttori. Questi ultimi sono dei materiali particolari, che hanno delle proprietà, come suggerisce il loro nome, intermedie tra conduttori e isolanti.
Ed è qui che entra in gioco la meccanica quantistica, perché ci fa capire in che modo funzionano i semiconduttori. Ne scrissi in occasione del premio Nobel per la fisica del 2014, per cui qui mi limito semplicemente a riassumere un po' la situazione. Esistono due bande particolari negli elementi chimici che ci permettono di distinguere tra metalli e isolanti, la banda di conduzione e quella di valenza. Mentre negli isolanti queste due bande sono nettamente separate, nei metalli la banda di conduzione è attraversata dal così detto livello di Fermi, che assume una certa importanza proprio nei semiconduttori.
In questi materiali, infatti, una tra la banda di valenza e quella di conduzione è più vicina al livello di Fermi rispetto all'altra, permettendo così più facilmente agli elettroni di quella banda di saltare verso l'altra tramite il gradino intermedio del livello di Fermi.