Wetenschap
De schematische afbeeldingen tonen elektronen (gele golvende lijnen links) als kwantumgolven. In de bovenste afbeelding, de golf behoudt zijn vorm zoals hij door het "verkeerslicht" gaat. In de onderstaande afbeelding, de golf wordt tot stilstand gebracht door het licht. De heuvelachtige vervormingen onder de golven vertegenwoordigen het schudden van atomen. Krediet:Universiteit in Buffalo
Stop! In naam van kwantumwetenschap en techniek.
Het bekende refrein heeft betrekking op een nieuwe prestatie in kwantumtechnologie, een opkomend onderzoeksgebied dat de unieke eigenschappen van atomen en subatomaire deeltjes wil benutten.
Een door de Universiteit van Buffalo geleid onderzoeksteam heeft een "verkeerslicht" ontwikkeld dat kwantumgolven tot stilstand kan brengen. De vooruitgang kan de sleutel zijn om het potentieel van de atomaire wereld te benutten, uiteindelijk leiden tot doorbraken in de informatica, medicijn, cryptografie, materiaalkunde en andere toepassingen.
"Het is een onderzoeksgebied van enorm belang, " zegt UB elektrotechnisch ingenieur Jon Bird, doctoraat, co-hoofdauteur van een recent gepubliceerde studie in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven dat het bovengenoemde werk beschrijft.
Bird is hoogleraar en voorzitter van de afdeling Electrical Engineering van de UB School of Engineering and Applied Sciences. Jong Han, doctoraat, hoogleraar natuurkunde aan de Hogeschool voor de Kunsten en Wetenschappen, is de co-hoofdauteur van het papier.
Andere auteurs komen uit de laboratoria van Bird en Han, evenals het Centrum voor Geïntegreerde Nanotechnologieën van Sandia National Laboratories, en het Korea Institute for Advanced Study.
Het mysterie van elektronen
Hoewel elektronen bekend zijn bij schoolkinderen, onderzoekers proberen nog steeds te begrijpen waarom deze subatomaire deeltjes zich gedragen zoals ze doen, en nieuwe manieren vinden om ze te manipuleren.
In de studie, het team "gebruikte de atomen die de kristalstructuur vormen van de halfgeleidermaterialen die we bestuderen om ofwel de doorgang van elektronen te belemmeren, of om ze vrij te laten passeren, in wezen een 'verkeerslicht' maken voor deze kwantumdeeltjes. Dit doen we door deze atomen controleerbaar te 'schudden', door de toepassing van kleine elektrische signalen op onze apparaten, ' zegt Vogel.
De schematische afbeelding toont elektronen (gele golvende lijnen aan de linkerkant) als kwantumgolven die tot stilstand worden gebracht door het 'verkeerslicht'. De heuvelachtige vervormingen onder de golven vertegenwoordigen het schudden van atomen. Krediet:Universiteit in Buffalo
De onderzoekers isoleerden een speciaal gebouwde nanogeleider bij een extreem koude temperatuur - min 273 graden Celsius. Onder dergelijke omstandigheden, in dit ultrakleine apparaat, elektronen vertonen een golfachtig karakter.
Met andere woorden, ze gedragen zich meer als rimpelingen op het oppervlak van een vijver in tegenstelling tot puntachtige deeltjes, die vaak worden beschreven als biljartbalachtige objecten die zich in rechte lijnen omwikkelen.
"Net als licht, of golven in de oceaan, deze kwantumgolven kunnen zich gedragen op manieren die we niet zouden verwachten voor deeltjes. Ze kunnen om hoeken buigen, bijvoorbeeld, en de uitdaging is om technieken te ontwikkelen om te controleren, of sturen, hen, " zegt Han.
In de studie, de UB-onderzoekers bereikten dit door een kleine hoeveelheid spanning op de geleider aan te brengen, waardoor ze zijn atomen op een controleerbare manier kunnen schudden. Naarmate de atomen sterker gingen schudden, ze vormden een grotere bron van weerstand tegen de kwantumgolven, waardoor de golven niet door de geleider konden gaan.
"Dit is wat we een kwantumpuntcontact noemen. Je kunt het zien als een stoplicht. Alleen in plaats van auto's te stoppen op een kruispunt, we hebben het vermogen aangetoond om de transmissie van elektronengolven in een beperkt systeem te regelen door de atomen in dat systeem extern te schudden, " zegt Han.
Veel krachtigere computers
Het vermogen om subatomaire deeltjes zoals elektronen en fotonen te beheersen, is de sleutel tot de ontwikkeling van kwantumtechnologieën, vooral kwantumcomputers.
Traditionele computers verwerken informatie, of stukjes, in binaire code, wat betekent dat ze gegevens opslaan en berekeningen uitvoeren door waarden van "één" of "nul" toe te wijzen. Kwantumcomputers, die worden ontwikkeld door IBM, Google en andere bedrijven, werk met "qubits" die tegelijkertijd enen en nullen kunnen vertegenwoordigen.
In theorie, deze benadering zou kunnen leiden tot veel krachtigere computers dan wat er tegenwoordig bestaat. Beurtelings, dat zou grote economische en nationale veiligheidsvoordelen opleveren.
Het door de UB geleide onderzoek biedt een implementatie op fundamenteel niveau van de technieken die nodig zijn om kwantumgolven op microscopische schaal te beheersen, deze technologische vooruitgang mogelijk te maken, zegt Vogel.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com