Jigang Wang legde geduldig zijn nieuwste ontdekking in kwantumcontrole uit die zou kunnen leiden tot supersnel computergebruik op basis van kwantummechanica:hij noemde door licht geïnduceerde supergeleiding zonder energiekloof. Hij bracht verboden superstroom quantum beats ter sprake. En hij noemde terahertz-snelheid symmetrie breken.

Toen maakte hij een back-up en verduidelijkte dat alles. Ten slotte, de kwantumwereld van materie en energie op terahertz- en nanometerschaal - biljoenen cycli per seconde en miljardsten meters - is voor de meesten van ons nog steeds een mysterie.

"Ik vind het leuk om kwantumcontrole van supergeleiding te bestuderen die de gigahertz overschrijdt, of miljarden cycli per seconde, knelpunt in de huidige state-of-the-art kwantumberekeningstoepassingen, " zei Wang, een professor in de natuurkunde en astronomie aan de Iowa State University wiens onderzoek werd ondersteund door het Army Research Office. "We gebruiken terahertz-licht als bedieningsknop om superstromen te versnellen."

Supergeleiding is de beweging van elektriciteit door bepaalde materialen zonder weerstand. Het komt meestal voor bij zeer, zeer koude temperaturen. Denk aan -400 Fahrenheit voor "hoge temperatuur" supergeleiders.

Terahertz-licht is heel licht, zeer hoge frequenties. Denk aan triljoenen cycli per seconde. Het zijn in wezen extreem sterke en krachtige microgolfuitbarstingen die in zeer korte tijdsbestekken afvuren.

Wang en een team van onderzoekers hebben aangetoond dat dergelijk licht kan worden gebruikt om enkele van de essentiële kwantumeigenschappen van supergeleidende toestanden te beheersen, inclusief macroscopische superstroom die vloeit, gebroken symmetrie en toegang tot bepaalde zeer hoogfrequente kwantumoscillaties waarvan gedacht wordt dat ze door symmetrie verboden zijn.

Het klinkt allemaal esoterisch en vreemd. Maar het kan heel praktische toepassingen hebben.

"Door licht geïnduceerde superstromen brengen een pad voorwaarts in kaart voor elektromagnetisch ontwerp van opkomende materiaaleigenschappen en collectieve coherente oscillaties voor kwantumtechnische toepassingen, " Wang en verschillende co-auteurs schreven in een onderzoekspaper dat zojuist online is gepubliceerd door het tijdschrift Natuurfotonica .

Met andere woorden, de ontdekking zou natuurkundigen kunnen helpen "krankzinnig snelle kwantumcomputers te maken door superstromen te stimuleren, Wang schreef in een samenvatting van de bevindingen van het onderzoeksteam.

Manieren vinden om te controleren, toegang krijgen tot en manipuleren van de speciale kenmerken van de kwantumwereld en deze verbinden met problemen in de echte wereld is tegenwoordig een belangrijke wetenschappelijke duw. De National Science Foundation heeft de "Quantum Leap" opgenomen in haar "10 grote ideeën" voor toekomstig onderzoek en ontwikkeling.

"Door gebruik te maken van interacties van deze kwantumsystemen, technologieën van de volgende generatie voor detectie, computergebruik, modellering en communicatie zullen nauwkeuriger en efficiënter zijn, " zegt een samenvatting van de ondersteuning van kwantumstudies door de wetenschappelijke stichting. "Om deze mogelijkheden te bereiken, onderzoekers hebben kennis van kwantummechanica nodig om te observeren, manipuleer en controleer het gedrag van deeltjes en energie op afmetingen die minstens een miljoen keer kleiner zijn dan de breedte van een mensenhaar."

Wang en zijn medewerkers - Xu Yang, Chirag Vaswani en Liang Luo uit de staat Iowa, verantwoordelijk voor terahertz instrumentatie en experimenten; Chris Sundahl, Jong-Hoon Kang en Chang-Beom Eom van de Universiteit van Wisconsin-Madison, verantwoordelijk voor hoogwaardige supergeleidende materialen en hun karakteriseringen; Martin Mootz en Ilias E. Perakis van de Universiteit van Alabama in Birmingham, verantwoordelijk voor het bouwen van modellen en theoretische simulaties - de kwantumgrens verleggen door nieuwe macroscopische superstroomstromen te vinden en kwantumbesturingen te ontwikkelen om ze te schakelen en te moduleren.

Een samenvatting van de studie van het onderzoeksteam zegt dat experimentele gegevens verkregen van een terahertz-spectroscopie-instrument aangeven dat terahertz-lichtgolfafstemming van superstromen een universeel hulpmiddel is "en essentieel is om kwantumfunctionaliteiten te pushen om hun ultieme limieten te bereiken in veel transversale disciplines" zoals als die worden genoemd door de wetenschappelijke stichting.

En dus, de onderzoekers schreven, "We zijn van mening dat het redelijk is om te zeggen dat de huidige studie nog vele jaren een nieuwe arena van supergeleidende lichtgolfelektronica opent via terahertz-kwantumcontrole."