Ο πρώτος μακροσκοπικός κβαντικός εναγκαλισμός σε θερμοκρασία δωματίου είναι γεγονός

Author: Χωρίς σχόλια Share:

Ο Νοέμβρης ήταν ένας πολύ καλός μήνας για τους φίλους του κβαντικού εναγκαλισμού. Όχι μόνο αποδείχτηκε περίτρανα ότι το φαινόμενο του κβαντικού εναγκαλισμού είναι νόμος της φύσης, αλλά γράφτηκε και ο πρώτος κβαντικός κώδικας υπολογιστών σε ένα εναγκαλισμένο σύστημα σωματιδίων. Τώρα επιστήμονες από το πανεπιστήμιο του Chicago μπόρεσαν να δημιουργήσουν ένα τέτοιο σύστημα σε θερμοκρασία δωματίου, σε ένα μακροσκοπικό (σχετικά μεγάλο) αντικείμενο. Τα μακροσκοπικά αντικείμενα μέχρι στιγμής ξέραμε ότι υπάκουαν αυστηρά τους νόμους της κλασικής μηχανικής. Γι’ αυτό και το συγκεκριμένο πείραμα είναι πολύ μεγάλη υπόθεση.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν υπέρυθρη ακτινοβολία για να ευθυγραμμίσουν τις μαγνητικές καταστάσεις ηλεκτρονίων και πυρήνων σε μία λεπτή στρώση από καρβίδιο του πυριτίου (SiC), ένα υλικό που χρησιμοποιείται σε ηλεκτρονικούς ημιαγωγούς. Το υπέρυθρο φως αναγκάζει τα άτομα σε σχηματισμούς υψηλής τάξης και οι ερευνητές χρησιμοποίησαν σύντομους μαγνητικούς παλμούς (παρόμοιους με αυτούς που χρησιμοποιεί η μαγνητική τομογραφία) για να τα εναγκαλίσουν μεταξύ τους.

Τα εναγκαλισμένα σωματίδια δεν μπορούν να περιγραφούν ανεξάρτητα και οι ιδιότητες τους (όπως η ενέργεια, η ορμή κλπ) είναι όλες συνδεδεμένες μεταξύ τους. Ακόμα και αν απομακρυνθούν μεταξύ τους σε μεγάλες αποστάσεις, παραμένουν συνδεδεμένα. Οπότε αλλαγές σε ένα σωματίδιο θα επιφέρουν αλλαγές και στα υπόλοιπα σωματίδια του εναγκαλισμένου συστήματος. Για να δημιουργήσει κανείς εναγκαλισμένα σωματίδια, το πρώτο στάδιο είναι πάντα ένα σύστημα με υψηλό συντελεστή τάξης, τέτοιο ώστε όλα τα άτομα να υποχρεωθούν να συμπεριφέρονται σαν μικροσκοπικοί μαγνήτες και να δείχνουν πάντα προς την ίδια κατεύθυνση. Για να δημιουργηθεί ένα τέτοιο σύστημα υψηλής τάξης, απαιτείται μεγάλη ενέργεια καθώς το σύμπαν έχει την τάση να προκαλεί συνεχώς αυξανόμενα επίπεδα αταξίας ή εντροπίας όπως είναι ο επιστημονικός όρος. Όσο μεγαλύτερος λοιπόν ο αριθμός σωματιδίων, τόσο πιο δύσκολο είναι να εναγκαλιστούν.

“Ο μακροσκοπικός κόσμος που έχουμε συνηθίσει φαίνεται πολύ τακτοποιημένος, αλλά σε ατομικό επίπεδο επικρατεί μεγάλη αταξία,” είπε ο κύριος συγγραφέας της έρευνας, Paul Klimov, από το πανεπιστήμιο του Chicago, σε δήλωση του. “Οι νόμοι της θερμοδυναμικής γενικά μας αποτρέπουν από το να παρατηρήσουμε κβαντικά φαινόμενα σε μακροσκοπικά αντικείμενα.”

Για να αποφύγουν θερμοδυναμικά προβλήματα, οι επιστήμονες στο παρελθόν έψυχαν τα διάφορα υλικά κοντά στο απόλυτο μηδέν ή χρησιμοποιούσαν έντονα μαγνητικά πεδία για να κρατάν τα σωματίδια σε τάξη. Η νέα συγκεκριμένη όμως τεχνική δεν χρειάζεται τέτοιες προσεγγίσεις. Η διαδικασία επιτρέπει την δημιουργία ενός εναγκαλισμένου συστήματος σε ένα κυβικό όγκο 40 μικρομέτρων (όσο το μέγεθος ενός ερυθρού αιμοσφαιρίου δηλαδή) σε θερμοκρασία δωματίου και χρησιμοποιώντας μόνο ένα απλό μαγνητικό πεδίο.

Υπάρχουν φοβερές νέες μελλοντικές δυνατότητες από τη δημιουργία ενός μακροσκοπικού εναγκαλισμένου συστήματος σε θερμοκρασία δωματίου. Η συγκεκριμένη διαδικασία αναμένεται να παίξει τεράστιο ρόλο στους κβαντικούς υπολογιστές, καθώς και σε κβαντικούς ανιχνευτές με ευαισθησία πολύ υψηλότερη από τους συμβατικούς. Η ανακάλυψη αυτή επίσης ξεφεύγει από το τομέα της φυσικής και της επιστήμης υλικών. Για παράδειγμα, το καρβίδιο του πυριτίου είναι μή τοξικό, οπότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε βιοιατρική έρευνα εντός του ανθρώπινου σώματος. Το επόμενο βήμα για αυτή την έρευνα είναι να δημιουργήσουμε εναγκαλισμένα συστήματα μεταξύ διαφορετικών micro chip από καρβίδιο του πυριτίου.

Μία εργασία που περιγράφει την συγκεκριμένη έρευνα δημοσιεύτηκε στο Science Advances.

 

 

photo credit: Paul Klimov, a graduate student at the Institute for Molecular Engineering, adjusts the intensity of a laser beam during an experiment. University of Chicago

Previous Article

Από που προήλθε το νερό της Γης;

Next Article

Η Κίνα ετοιμάζεται να φτιάξει το μεγαλύτερο επιταχυντή σωματιδίων του κόσμου το 2020

Διαβάστε επίσης: