Den kvanteteknologiske fremskridt kan hjælpe med at føre til forbedringer inden for databehandling, databehandling

Hold op! I kvantevidenskabens og ingeniørkunstens navn.

Det velkendte refræn relaterer sig til en ny bedrift inden for kvanteteknologi, et spirende forskningsfelt, der søger at udnytte de unikke egenskaber ved atomer og subatomære partikler.

Et forskerhold ledet af University at Buffalo har udviklet et "trafiklys", der kan bringe kvantebølger til at standse. Fremskridtet kan være nøglen til at udnytte potentialet i atomverdenen, i sidste ende fører til gennembrud inden for databehandling, medicin, kryptografi, materialevidenskab og andre applikationer.

"Det er et forskningsområde af enorm betydning, " siger UB elektroingeniør Jon Bird, Ph.D., co-lead forfatter af en undersøgelse offentliggjort for nylig i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve der beskriver det førnævnte arbejde.

Bird er professor og formand for Institut for Elektroteknik på UB School of Engineering and Applied Sciences. Jong Han, Ph.D., professor i fysik ved College of Arts and Sciences, er avisens medhovedforfatter.

Yderligere forfattere kommer fra Birds og Han's laboratorier, samt Center for Integrated Nanotechnologies ved Sandia National Laboratories, og Korea Institute for Advanced Study.

Elektronernes mysterium

Mens elektroner er velkendte for skolebørn, forskere forsøger stadig at forstå, hvorfor disse subatomære partikler opfører sig, som de gør, samt finde nye måder at manipulere dem på.

I undersøgelsen, holdet "brugte selve de atomer, der udgør krystalstrukturen af ​​de halvledermaterialer, som vi studerer, til enten at forhindre passagen af ​​elektroner, eller for at lade dem passere frit, i det væsentlige at lave et 'trafiklys' for disse kvantepartikler. Det gør vi ved at 'ryste' disse atomer kontrollerbart, gennem anvendelse af små elektriske signaler til vores enheder, " siger Bird.

Forskerne isolerede en specialbygget nanoleder ved en ekstremt kold temperatur - minus 273 grader Celsius. Under sådanne forhold, i denne ultralille enhed, elektroner udviser en bølgelignende natur.

Med andre ord, de opfører sig mere som krusninger på overfladen af ​​en dam i modsætning til punktlignende partikler, som ofte beskrives som billardkuglelignende genstande, der bandt rundt i lige linjer.

"Ligesom lys, eller bølger i havet, disse kvantebølger kan opføre sig på måder, som vi ikke ville forvente for partikler. De kan bøje sig om hjørner, for eksempel, og udfordringen er at udvikle teknikker til at kontrollere, eller styre, dem, " siger Han.

I undersøgelsen, UB-forskerne opnåede dette ved at påføre en lille mængde spænding på lederen, derved tillader dem at ryste sine atomer på en kontrollerbar måde. Efterhånden som atomerne fik til at ryste kraftigere, de gav en større kilde til modstand mod kvantebølgerne, som blokerede bølgerne i at passere gennem lederen.

"Dette er, hvad vi kalder en kvantepunktkontakt. Du kan tænke på det som et lyskryds. Kun i stedet for at standse biler i et vejkryds, vi har demonstreret evnen til at kontrollere transmissionen af ​​elektronbølger i et begrænset system ved eksternt at ryste atomerne i det system, " siger Han.

Meget mere kraftfulde computere

Evnen til at kontrollere subatomære partikler såsom elektroner og fotoner er nøglen til udviklingen af ​​kvanteteknologier, især kvantecomputere.

Traditionelle computere behandler information, eller stykker, i binær kode, hvilket betyder, at de gemmer data og udfører beregninger ved at tildele værdier "én" eller "nul." kvantecomputere, som udvikles af IBM, Google og andre firmaer, arbejde med "qubits", der kan repræsentere etere og nuller på samme tid.

I teorien, denne tilgang kunne føre til meget mere kraftfulde computere end hvad der findes i dag. På tur, hvilket ville skabe store økonomiske og nationale sikkerhedsfordele.

Den UB-ledede forskning giver en grundlæggende implementering af de teknikker, der er nødvendige for at kontrollere kvantebølger i mikroskopisk skala, at gøre disse teknologiske fremskridt til en mulighed, siger Bird.