Neues Material ermöglicht Quantenzustandsübertragung bei Raumtemperatur

Physiker der Louisiana State University (LSU) haben das weltweit erste Quantenmaterial entwickelt, das bei Raumtemperatur einsatzfähig ist. Das neue Material kann Licht in unterschiedlichen Quantenzuständen automatisch erkennen und auf verschiedenen Wegen weiterleiten. Dieser Durchbruch eröffnet neue Möglichkeiten für praktische Anwendungen in den Bereichen Quantencomputing, sichere Kommunikation, Sensortechnik und fortschrittliche Energiesysteme.

Das Material ist keine natürliche Entdeckung, sondern wurde künstlich entworfen und hergestellt. Das Forschungsteam hat es entwickelt, indem es einen Glaschip mit einer dünnen Goldschicht überzog und dann mittels eines fokussierten Ionenstrahls Hunderte von mikrometergroßen Öffnungen in die Folie ätzte. Diese Strukturen, als "Meta-Atome" bezeichnet, bilden einen künstlichen Kristall, der dünner als ein menschliches Haar ist und in der Natur nicht vorkommt. Das Team hat dieses neue Material als "Quanten-statistisches-Plasmonik-Metakristall" benannt.

Traditionell benötigten Quantenmaterialien extrem niedrige Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt, um ihre besonderen Eigenschaften zu entfalten. Bei Raumtemperatur stören atomare Schwingungen, die durch Wärme verursacht werden, die empfindlichen Quanteneffekte, die Forscher kontrollieren wollen, was viele Quantenmaterialien auf Laborforschung beschränkte. Das neuartige Material löst dieses Problem, indem es die Quantenzustände des Lichts differenzieren kann, ohne dass komplexe und teure kryogene Ausrüstung erforderlich ist.

Laut den Forschern fungiert dieses Material als "statistischer Filter" für Quantenzustände. Es kann Unterschiede in den Quanteneigenschaften des Lichts erkennen, die mit herkömmlichen Messgeräten schwer zu erfassen sind. Diese Fähigkeit ermöglicht es, verschiedene Quantenzustände auf unterschiedlichen Wegen zu leiten. Das Forschungsteam geht davon aus, dass dieser Rahmen für die Entwicklung neuer Quantenmaterialien für breitere Anwendungen verallgemeinert werden kann.

Potenzielle Anwendungen des Materials umfassen die Informationsübertragung in Quantencomputern, was die Gerätekosten senken könnte, sowie die Entwicklung effizienterer und empfindlicherer Quantenkommunikationsnetze und Sensoren. Darüber hinaus planen die Forscher, dessen Einsatz zur Verbesserung der Effizienz von Solarzellen zu untersuchen, indem Sonnenlicht effektiver absorbiert und Energieverluste durch Wärme minimiert werden.