Een speciale vorm van licht gemaakt met behulp van een oude Namibische edelsteen zou de sleutel kunnen zijn tot nieuwe op licht gebaseerde kwantumcomputers, die lang gekoesterde wetenschappelijke mysteries zouden kunnen oplossen, volgens nieuw onderzoek onder leiding van de Universiteit van St. Andrews.

Het onderzoek, uitgevoerd in samenwerking met wetenschappers van Harvard University in de VS, Macquarie University in Australië en Aarhus University in Denemarken en gepubliceerd in Nature Materials , gebruikte een natuurlijk gewonnen koperoxide (Cu₂ O) edelsteen uit Namibië om Rydberg-polaritonen te produceren, de grootste hybride deeltjes van licht en materie die ooit zijn gemaakt.

Rydberg-polaritonen wisselen voortdurend van licht naar materie en weer terug. In Rydberg-polaritonen zijn licht en materie als twee kanten van een medaille, en de materiekant zorgt ervoor dat polaritons met elkaar interageren.

Deze interactie is cruciaal omdat dit de creatie van kwantumsimulators mogelijk maakt, een speciaal type kwantumcomputer, waar informatie wordt opgeslagen in kwantumbits. Deze kwantumbits kunnen, in tegenstelling tot de binaire bits in klassieke computers die alleen 0 of 1 kunnen zijn, elke waarde tussen 0 en 1 aannemen. Ze kunnen daarom veel meer informatie opslaan en meerdere processen tegelijk uitvoeren.

Dit vermogen zou kwantumsimulators in staat kunnen stellen om belangrijke mysteries op het gebied van natuurkunde, scheikunde en biologie op te lossen, bijvoorbeeld hoe hoge-temperatuur-supergeleiders voor hogesnelheidstreinen kunnen worden gemaakt, hoe goedkopere meststoffen kunnen worden gemaakt om mogelijk wereldwijde honger op te lossen, of hoe eiwitten vouwen waardoor het gemakkelijker wordt om effectievere medicijnen produceren.

Projectleider Dr. Hamid Ohadi, van de School of Physics and Astronomy aan de University of St. Andrews, zegt dat "het maken van een kwantumsimulator met licht de heilige graal van de wetenschap is. We hebben een enorme sprong in deze richting gemaakt door Rydberg-polaritonen te creëren, het belangrijkste ingrediënt ervan."

Om Rydberg-polaritonen te maken, vingen de onderzoekers licht op tussen twee sterk reflecterende spiegels. Een koperoxidekristal uit een steen die in Namibië werd gewonnen, werd vervolgens verdund en gepolijst tot een plaat van 30 micrometer dik (dunner dan een streng mensenhaar) en tussen de twee spiegels geklemd om Rydberg-polaritons 100 keer groter te maken dan ooit tevoren.

Een van de toonaangevende auteurs Dr. Sai Kiran Rajendran, van de School of Physics and Astronomy aan de University of St. Andrews, zegt dat "het kopen van de steen op eBay gemakkelijk was. De uitdaging was om Rydberg-polaritons te maken die bestaan ​​in een extreem smalle kleur bereik."

Het team is deze methoden momenteel verder aan het verfijnen om de mogelijkheid te onderzoeken om kwantumcircuits te maken, het volgende ingrediënt voor kwantumsimulatoren. + Verder verkennen

Ontdekking van materie-golf polaritons werpt nieuw licht op fotonische kwantumtechnologieën