Typicky takové systémy vyžadují ledově nízké teploty.
Většina kvantových materiálů jsou křehká stvoření, schopná ohýbat fyzikální zákony a skrývat šílený potenciál pro vědu a techniku. K práci potřebují ultra nízké teploty.
Vyndat je z laboratorní lednice? Nemožné. Alespoň si to dříve mysleli.
Teď se ale všechno změnilo.
Vědci z Louisianské státní univerzity (LSU) vytvořili něco nového. Kvantový materiál, který funguje při pokojové teplotě. Je postaven na zlatě, přesněji na tenkém filmu zlata naneseném na skleněném čipu. Toto zlato je vyryto mikroskopickými vzory.
Popis tohoto průlomu již byl publikován v časopise Nature.
Proto je to důležité. Pravděpodobně vám bylo řečeno, že teplo ničí kvantové stavy. Chaos na atomové úrovni, elektronové zapletení, termodynamika vrhající klíč na rychlost. Ale tento nový design mění hru. Nebojuje s horkem, mrazí vše kolem sebe. Jednoduše ignoruje obvyklé viníky problému.
Zaměřuje se na fotony. Světlo.
Jak plasmonické metakrystaly filtrují realitu
Toto zařízení je klasifikováno jako plasmonický metakrystal. Název zní složitě, ale mechanika je jednoduchá. “Plasmonic” znamená, že světlo způsobuje vlnění v elektronové hustotě na povrchu kovu. Těmto vlnám říkáme plasmony.
„Metakrystal“ znamená, že materiál je umělý, nikoli přírodní.
Mikroskopické štěrbinové vzory vyleptané na zlatém čipu působí jako umělé atomy. Fyzici jim říkají metaatomová centra. Určují, jak skupiny fotonů procházejí materiálem. Právě tento proces průchodu je kvantovým chováním, které se snažíme využít.
„Tím, že sestrojíme rozložení meta-atomů v plasmonickém metakrystalu, můžeme systematicky určit, které kvantové statistiky jím mohou projít,“ vysvětluje fyzik Riley Dawkins. “Krystal funguje jako statistický filtr.”
Světlo dopadá na čip a prochází podél zlatého povrchu. Metaatomy s ním manipulují. Změnou velikosti, tvaru a rozteče štěrbin je možné měnit výstupní charakteristiky na kvantové úrovni. To není magie, ale precizní geometrie, která ovládá světlo.
Proč práce při pokojové teplotě porušuje formu
To umožňuje to, co výzkumný tým nazývá spolehlivou dopravou.
Kvantové stavy obvykle nesou informace. Jemné a úhledné. Ale degradují, když ruší hluk. Nový materiál LSU dokáže tyto podmínky rozlišit. Přesouvá je z bodu A do bodu B, aby hluk nepronikl dovnitř. A co je nejdůležitější, bez nutnosti kryogenního chlazení.
„Ve skutečnosti mají různé typy světla v závislosti na jejich kvantových stavech různé vlastnosti,“ říká fyzik Omar Muganya-Loga. “Můžeme směrovat jeden stát na druhý bez ztráty nebo šumu… To otevírá dveře praktickým kvantovým technologiím.”
To je obrovský posun. Ještě nemluvíme o použití stolního kvantového počítače. Toto je důkaz konceptu. Věda obstojí při zkoumání, základní fyzika je zdravá. Ale hlavní je, že se prokázalo, že hlavní bariéru, tepelnou stabilitu na úrovni zařízení, lze překonat.
„Vidět, jak vše funguje přesně tak, jak se předpovídalo, bylo neuvěřitelné,“ řekl Chenglong Yu tisku. “Zařízení dokázalo něco, co příroda ani nenabízí.”
Co bude dál s kvantovými zlatými čipy?
Metoda není uzavřena v laboratorním boxu. Toto je kresba. Ostatní týmy se mohou podívat na tyto publikace a změnit velikosti štěrbin a rozmístění, aby vyladily, jak jejich krystaly zpracovávají světlo. Technologie je škálovatelná. Je přizpůsobivá.
Ano, světlo samo o sobě je kvantové. Ultrafialové světlo interaguje jinak než laserové světlo. Předchozí pokusy jistě pozorovaly kvantové chování při pokojové teplotě. Ale tohle je jiné. Jedná se o pokročilý třídicí mechanismus. Čipová architektura pro zpracování kvantových informačních toků.
Kde se taková řešení uplatňují?
Výpočetní technika. Spojení. Kvantový internet. Solární energie.
Vědci se již zaměřují na energii. Plánují použít tyto plasmonické metakrystaly v solárních panelech. Cíl: efektivněji nasměrovat dopadající sluneční světlo. Zachyťte více energie. Ztrácejte méně kvůli teplu. Jedná se o opakující se cyklus zlepšování efektivity.
Budoucnost kvantové technologie dosud vypadala, jako by byla zamčena za skleněnými dveřmi ve společnosti kapalného dusíku.
Nyní byl tento klíč roztaven a přeměněn na vzor.
