Uusi materiaali mahdollistaa kvanttitilojen siirron huoneenlämmössä
Lousianan osavaltion yliopiston fyysikot ovat kehittäneet ensimmäisen kvanttimateriaalin, joka toimii huoneenlämmössä. Se pystyy erottelemaan ja ohjaamaan eri kvanttitiloissa olevia valoja.
Louisianan osavaltion yliopiston (LSU) fyysikot ovat kehittäneet maailman ensimmäisen kvanttimateriaalin, joka pystyy toimimaan huoneenlämmössä. Uusi materiaali kykenee itsenäisesti erottelemaan ja ohjaamaan eri kvanttitiloissa olevia valoja eri reittejä pitkin. Tämä läpimurto avaa uusia mahdollisuuksia kvanttilaskennan, turvallisen viestinnän, tunnistusteknologian ja edistyneiden energiajärjestelmien käytännön sovelluksille.
Materiaali ei ole luonnon löytö, vaan se on suunniteltu ja valmistettu keinotekoisesti. Tutkimusryhmä rakensi sen asettamalla ohut kultakalvo lasisirulle ja käyttämällä ionisuihkua muodostaakseen kalvoon satoja mikrometrin kokoisia aukkoja. Nämä rakenteet, joita kutsutaan "superatomeiksi", muodostavat jopa ihmisen hiusta ohuemman, luonnossa esiintymättömän kiteen. Tiimi on nimennyt uuden materiaalin "kvanttitilastolliseksi plasmoniseksi metakiteeksi".
Perinteisesti kvanttimateriaalit ovat vaatineet toimiakseen äärimmäisen matalia, lähelle absoluuttista nollapistettä yltäviä lämpötiloja. Huoneenlämmössä tapahtuva atomien värähtely häiritsee herkkien kvantti-ilmiöiden hallintaa, mikä on tehnyt monista kvanttimateriaaleista soveltuvia vain laboratoriokäyttöön. Uusi materiaali ratkaisee tämän ongelman, sillä se pystyy erottelemaan valon kvanttitiloja ilman monimutkaisia ja kalliita jäähdytyslaitteistoja.
Tutkijoiden mukaan tämä materiaali toimii kvanttitilojen "tilastollisena suodattimena". Se kykenee tunnistamaan valon kvanttiominaisuuksissa olevia eroja, jotka ovat perinteisiä mittausmenetelmiä vaikeammin havaittavissa. Tämän kyvyn ansiosta eri kvanttitilat voidaan ohjata kulkemaan eri reittejä pitkin. Tutkimusryhmä uskoo, että tämä kehys uusien kvanttimateriaalien suunnitteluun on yleistettävissä laajempaankin käyttöön.
Materiaalin potentiaalisia sovelluksia ovat kvanttitietokoneiden tiedonsiirto, mikä voisi vähentää laitekustannuksia, sekä tehokkaampien ja herkemien kvanttiviestintäverkkojen ja antureiden kehittäminen. Lisäksi tutkijat aikovat selvittää, voidaanko materiaalia hyödyntää aurinkokennojen tehokkuuden parantamisessa absorboimalla tehokkaammin auringonvaloa ja vähentämällä energiahävikkiä lämmöksi.