ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

Dijamantni sjaj u kvantnim mrežama

Znanstvenici uspješno nanose primjese ovog dragog kamena na nano-rezonatore. Kada govorimo o dijamantima, energetska učinkovitost i mogućnost prijenosa velike količine informacije obično nisu baš prve stvari koje čovjeku padnu na pamet. Osim ako ste, naravno, kvantni fizičar koji radi na razvoju najsigurnije i najmoćnije komunikacijske mreže. 

Znanstvenici sa sveučilišta Calgary i laboratorija Hewlett Packard, smještenih u Palo Altu u Kaliforniji, uspješno koriste nepravilnosti u kristalnoj strukturi dijamanta za proizvodnju čvorišta u kvantnoj mreži. Osim što pridonosi razvoju moćne i sigurne mreže, ovo bi otkriće moglo biti od koristi i u osjetljivim mjerenjima magnetskih polja, ali i u biološkim istraživanjima. 

"Nepravilnosti u kristalnoj strukturi dijamanta nedavno su se počele koristiti za pohranu informacija kodiranih u svoje kvantno stanje, koje se pak može kontrolirati ili čitati pomoću svjetlosti. Međutim, uspješna proizvodnja poveznica za protok signala između takvih nepravilnosti sasvim je drugi problem", objašnjava dr. Paul Barclay, koji je nedavno doselio u Calgary ne bi li osnovao dva laboratorija: jedan na Institutu za kvantnu fiziku sveučilišta Calgary te drugi u sklopu Nacionalnog instituta za nanotehnologiju u Edmontonu. "Radi se o izuzetno važnom koraku unaprijed", dodaje Barclay, koji je zajedno s kolegama; dr. Andreiom Faraon, dr. Kai-Mei Fuom, dr. Charlesom Santorijem i dr. Rayem Beausoleilom s Hewlett Packarda, objavio i članak vezan uz ovo istraživanje u znanstvenom časopisu Nature Photonics

Nepravilnosti u kristalnoj strukturi dijamanta odgovorni su za laganu promjenu boje materijala, dodajući crvenkasti ili žućkasti odsjaj. Nepravilnost poznata pod nazivom "NV centar" se sastoji od atoma dušika smještenog u praznini u inače savršenoj mreži atoma ugljika, a posjeduje kvantna svojstva čije moguće primjene znanstvenici tek počinju otkrivati. 

Naime, pojedinačne čestice svjetlosti, fotoni, mogu se iskoristiti za prijenos kvantnih informacija između dvije nepravilnosti, od kojih bi svaka mogla biti čvorište kvantne mreže. Radi se o energetski učinkovitom i izuzetno moćnom načinu obrade podataka. U praksi je takvo što teško pokazati zbog malih dimenzija nepravilnosti (svega nekoliko nano-metara), ali i zbog eksperimentalne složenosti koja ide ruku pod ruku s proučavanjem i kontrolom nekoliko kvantnih sustava istovremeno.

Znanstvenici s laboratorija Hewlett Packard i Barclay, koji je u vrijeme ovog istraživanja također radio na HP-u, a sada predaje na Odjelu za fiziku i astronomiju sveučilišta Calgary, uspjeli su stvoriti fotonske 'rezonatore' na dijamantnim čipovima. Namjena tih 'mikro-krugova' jest učinkovito preusmjeravanje svjetlosti između nepravilnosti u kristalnoj strukturi dijamanta. Radi se o integriranom fotonskom krugu spojenom na kvantne nepravilnosti smještene na drugom čipu. U budućnosti, znanstvenici se nadaju uspješno povezati te mikro-krugove s drugim komponentama dijamantnog čipa.

"Ovaj rad ističe važnost veze između fundamentalne fizike, cijelog niza mogućih primjena i kratkoročnog rješavanja problema. Uključuje mnoge koncepte koje zastupaju kompanije poput HP-a, IBM-a i Intela. Navedene kompanije, naime, započinju s integriranjem fotonike u sklopovlje, ne bi li unaprijedili radne odlike i smanjili velik problem zagrijavanja svojih računala", zaključuje Barclay.

Izvor: University of Calgary

Podijeli.