Zazwyczaj takie systemy wymagają lodowato niskich temperatur.
Większość materiałów kwantowych to stworzenia kruche, zdolne do naginania praw fizyki i posiadające szalony potencjał nauki i technologii. Do pracy potrzebują bardzo niskich temperatur.
Wyjąć je z laboratoryjnej lodówki? Niemożliwe. Przynajmniej tak zwykli myśleć.
Ale teraz wszystko się zmieniło.
Naukowcy z Louisiana State University (LSU) stworzyli coś nowego. Materiał kwantowy działający w temperaturze pokojowej. Jest zbudowany na złocie, a dokładniej na cienkiej warstwie złota osadzonej na szklanym chipie. Na tym złocie wygrawerowano mikroskopijne wzory.
Opis tego przełomu został już opublikowany w czasopiśmie Nature.
Dlatego to ważne. Prawdopodobnie powiedziano Ci, że ciepło niszczy stany kwantowe. Chaos na poziomie atomowym, splątanie elektronów, termodynamika wrzucająca klucz do biegu. Ale ten nowy projekt zmienia zasady gry. Nie walczy z upałem, który zamraża wszystko wokół niej. Po prostu ignoruje zwykłych sprawców problemu.
Koncentruje się na fotonach. Światło.
Jak metakryształy plazmoniczne filtrują rzeczywistość
Urządzenie to jest klasyfikowane jako metakryształ plazmoniczny. Nazwa brzmi skomplikowanie, ale mechanika jest prosta. „Plazmonik” oznacza, że światło powoduje zmarszczki w gęstości elektronów na powierzchni metalu. Nazywamy te zmarszczki plazmonami.
„Metakryształ” oznacza, że materiał jest sztuczny, a nie naturalny.
Mikroskopijne wzory szczelin wyryte na złotym chipie działają jak sztuczne atomy. Fizycy nazywają je centrami metaatomowymi. Określają, w jaki sposób grupy fotonów przechodzą przez materiał. To właśnie ten proces przejścia jest zachowaniem kwantowym, które staramy się wykorzystać.
„Dzięki inżynierii rozmieszczenia metaatomów w metakrysztale plazmonicznym możemy systematycznie określać, które statystyki kwantowe mogą przez niego przejść” – wyjaśnia fizyk Riley Dawkins. „Kryształ działa jak filtr statystyczny”.
Światło pada na chip i przechodzi wzdłuż złotej powierzchni. Metaatomy manipulują nim. Zmieniając rozmiar, kształt i nachylenie szczelin, możliwa jest zmiana charakterystyki wyjściowej na poziomie kwantowym. To nie magia, ale precyzyjna geometria kontrolująca światło.
Dlaczego praca w temperaturze pokojowej psuje formę
Pozwala to na to, co zespół badawczy nazywa niezawodnym transportem.
Stany kwantowe zazwyczaj niosą informację. Delikatny i schludny. Ale ulegają degradacji, gdy przeszkadza im hałas. Nowy materiał LSU potrafi rozróżnić te warunki. Przesuwa je z punktu A do punktu B, tak aby hałas nie przedostał się do środka. Co najważniejsze, bez konieczności chłodzenia kriogenicznego.
„W rzeczywistości różne rodzaje światła, w zależności od ich stanów kwantowych, mają różne właściwości” – mówi fizyk Omar Muganya-Loga. „Możemy kierować jeden stan na drugi bez strat i szumów… Otwiera to drzwi do praktycznych technologii kwantowych”.
To ogromna zmiana. Nie mówimy jeszcze o używaniu stacjonarnego komputera kwantowego. To jest dowód koncepcji. Nauka wytrzymuje krytykę, podstawy fizyki są solidne. Ale najważniejsze jest to, że udowodniono, że główną barierę, jaką jest stabilność termiczna na poziomie urządzenia, można pokonać.
„Widzenie, że wszystko działa dokładnie tak, jak przewidywano, było niesamowite” – powiedział prasie Chenglong Yu. „Urządzenie zrobiło coś, czego natura nie oferuje”.
Co dalej z chipami ze złota kwantowego?
Metoda nie jest zamknięta w laboratoryjnym pudełku. To jest rysunek. Inne zespoły mogą przeglądać te publikacje i zmieniać rozmiary szczelin oraz odstępy, aby dostosować sposób, w jaki ich kryształy przetwarzają światło. Technologia jest skalowalna. Potrafi się dostosować.
Tak, światło samo w sobie jest kwantowe. Światło ultrafioletowe oddziałuje inaczej niż światło laserowe. W poprzednich próbach z pewnością zaobserwowano zachowanie kwantowe w temperaturze pokojowej. Ale to jest coś innego. Jest to zaawansowany mechanizm sortowania. Architektura chipów do przetwarzania strumieni informacji kwantowych.
Gdzie stosuje się tego typu rozwiązania?
Obliczenia. Połączenie. Internet kwantowy. Energia słoneczna.
Naukowcy już ponownie skupiają się na energii. Planują wykorzystać te metakryształy plazmoniczne w panelach słonecznych. Cel: efektywniejsze kierowanie wpadającego światła słonecznego. Uchwyć więcej energii. Tracisz mniej z powodu ciepła. Jest to iteracyjny cykl poprawy efektywności.
Do tej pory przyszłość technologii kwantowej wyglądała, jakby była zamknięta za szklanymi drzwiami w towarzystwie ciekłego azotu.
Teraz ten klucz został przetopiony i przekształcony we wzór.
