Nytt material möjliggör överföring av kvanttillstånd vid rumstemperatur

Fysiker vid Louisiana State University (LSU) har tagit fram det första kvantmaterialet som kan fungera vid rumstemperatur. Det nya materialet har förmågan att automatiskt skilja ljus i olika kvanttillstånd och dirigera dem längs olika vägar. Denna landvinning öppnar dörrar för praktiska tillämpningar inom kvantberäkning, säker kommunikation, sensorteknik och avancerade energisystem.

Materialet är inte ett naturligt fynd, utan har designats och framställts artificiellt. Forskargruppen byggde det genom att belägga en glasskiva med ett tunt guldlager och sedan använda en jonstråle för att skapa hundratals mikrometerstora öppningar i folien. Dessa strukturer, kallade "superatomer", bildar en kristall med en tjocklek mindre än ett mänskligt hårstrå, som inte existerar i naturen. Gruppen har gett det nya materialet namnet "kvantstatistisk plasmonisk metakristall".

Traditionellt har kvantmaterial krävt extremt låga temperaturer, nära absoluta nollpunkten, för att fungera. Vid rumstemperatur stör atomernas vibrationer de känsliga kvanteffekterna som forskare vill kontrollera, vilket har begränsat många kvantmaterial till laboratoriestudier. Det nya materialet löser detta problem genom att kunna urskilja ljusets kvanttillstånd utan behov av komplex och dyr kylutrustning.

Enligt forskarna fungerar materialet som ett "statistiskt filter" för kvanttillstånd. Det kan identifiera skillnader i ljusets kvantegenskaper som är svåra att upptäcka med traditionella mätmetoder. Denna förmåga gör det möjligt att styra olika kvanttillstånd att följa olika banor. Forskarteamet anser att detta ramverk för att designa nya kvantmaterial är generaliserbart för bredare användning.

Potentiella tillämpningar av materialet inkluderar överföring av information i kvantdatorer, vilket kan minska utrustningskostnader, samt utveckling av mer effektiva och känsliga kvantkommunikationsnätverk och sensorer. Dessutom planerar forskarna att undersöka om materialet kan användas för att förbättra effektiviteten i solceller genom att absorbera solljus mer effektivt och minska energiförluster som värme.