Naukowcy wspinają się po kwantowej drabinie
Zespołowi naukowców z Uniwersytetu Cardiff w Wlk. Brytanii, którego prace są finansowane ze środków unijnych, udało się wystrzelić fotony (cząstki lekkie) w małą wieżę z materiału półprzewodnikowego. Prace mogą przyczynić się do stworzenia szybszych komputerów. Wyniki stanowią dorobek projektu CUSMEQ (Spójna, ultraszybka spektroskopia i manipulacja ekscytonowymi q-bitami), dofinansowanego na kwotę niemal 179.000 EUR z programu "Ludzie" Siódmego Programu Ramowego (7PR). W ramach projektu CUSMEQ badano spójną, ultraszybką spektroskopię i manipulację pojedynczych stanów ekscytonowych zamkniętych w półprzewodnikowej kropce kwantowej. Wyniki badań zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie Nature Materials. Naukowcy z uniwersyteckiego Wydziału Fizyki i Astronomii powiedzieli, że foton zderza się z elektronem zamkniętym w mniejszej strukturze wewnątrz wieży. Zanim cząstki lekkie pojawią się ponownie, oscylują przez krótki czas między stanem światła a materii. "Połączenie pojedynczych kwantów z materią jest koncepcyjnie i technologicznie wymagające. Można tego na przykład dokonać dzięki wstawieniu ekscytona uwięzionego w kropce kwantowej do mikrownęki optycznej, w której pole fotonowe jest zamknięte w niewielkiej objętości" - czytamy w artykule. "W konsekwencji kwant pobudzenia optycznego oscyluje między światłem a materią, zanim przecieknie i rozproszy się w świecie zewnętrznym." Zespół przeprowadził test z wykorzystaniem pojedynczych fotonów oraz ich par. Naukowcy wyjaśniają, że w parach fotonów częstotliwość oscylacji między światłem a materią może być większa niż w przypadku pojedynczych fotonów. Wyniki ich badań pokrywają się z rezultatami badań teoretycznych sprzed niemal pół wieku. Zespół z Cardiff wykorzystał półprzewodnikową rurkę o średnicy zaledwie 1,8 mikrometra (1 mikrometr odpowiada jednej tysięcznej milimetra), utrzymując temperaturę na poziomie około -263°C. Fotony były więzione wewnątrz rurki na około 10 pikosekund (1 pikosekunda odpowiada 1 trylionowej sekundy). Ostatnie odkrycia będą przydatne w dziedzinie technologii informacyjnych i komunikacyjnych (TIK). Naukowcy powiedzieli, że rosną możliwości budowy logicznych systemów opartych na interakcjach tych cząstek, czyli możliwości - jak określają ją eksperci - informatyki kwantowej. Dzięki temu przetwarzanie stanie się wydajniejsze, ponieważ cząstki poruszają się znacznie szybciej i wydatkują mniej energii niż tradycyjne, elektroniczne komponenty komputerowe. "Taka interakcja może wytworzyć stały strumień fotonów i może również stanowić podstawę logiki pojedynczego fotonu, która wymaga minimalnej ilości energii do stworzenia układu logicznego" - wyjaśnia profesor Wolfgang Langbein z Wydziału Fizyki i Astronomii. "W perspektywie długoterminowej będzie to mieć swoje implikacje w wielu dziedzinach, takich urządzenia komputerowe, telekomunikacyjne i kryptograficzne" - dodaje. Istnieją niemniej pewne techniczne trudności, z którymi naukowcy muszą sobie poradzić. Jak zauważa profesor Langbein: "Faktyczne wykorzystanie tej technologii w urządzeniach komputerowych wymagać będzie znacznego udoskonalenia właściwości obecnych w niskiej temperaturze, a idealnie przeniesienia ich do temperatury pokojowej. Na chwilę obecną nie mamy jasnej koncepcji, w jaki sposób tego dokonać, ale nie jest to niemożliwe."
Kraje
Zjednoczone Królestwo