Матеріали в квантовому стані мають екзотичні властивості, які порушують закони фізики і пропонують величезний потенціал для вчених, але зазвичай вони дуже крихкі і потребують наднизьких температур для існування та функціонування.

Це створює проблему, коли йдеться про використання цих матеріалів і їх характеристик: їх потрібно виводити з великих лабораторних холодильників.

Дослідники з Університету штату Луїзіана розробили матеріал, який може демонструвати квантову дивність при кімнатній температурі. Він складається з тонкої плівки золота на скляному чипі, вирізаного з мікроскопічними візерунками.

Квантовий матеріал

Ключовим для роботи нового матеріалу при кімнатній температурі є те, як він зосереджується на фотонах (частинках світла), що долає звичайні атомні порушення, які приносить тепло.

Цей матеріал відомий як плазмонний метакристал: "Плазмонний", тому що світло, що проходить через нього, створює хвилі електронів, відомі як плазмони, і "метакристал", тому що це штучно створений кристал.

Мікроскопічні щілини, вирізані в матеріалі, діють як штучні атоми (мета-атоми), які визначають, як різні групи фотонів проходять через матеріал (квантова поведінка).

"Шляхом проектування розподілу мета-атоми в плазмонному метакристалі, ми можемо систематично визначати, які квантові статистики дозволено пропускати через структуру," говорить фізик Райлі Доукінс.

Це означає, що коли світло входить у чип і проходить по поверхні золота, його маніпулюють мета-атоми – і, змінюючи розмір, форму та відстань між щілинами, можна отримувати різні результати на квантовому рівні.

На практиці це означає, що певні квантові стани світла можуть транспортуватися з меншими порушеннями.

"Ми називаємо це надійним транспортуванням. Ці квантові стани несуть інформацію," говорить фізик Омар Маганья-Лоайза.

"Наш кристал може розрізняти їх і переміщати з одного місця в інше надійно, без необхідності в кріогенному охолодженні. Це відкриває двері для практичних квантових технологій."

Це може бути використано, наприклад, для надійного переміщення квантової інформації без наднизьких температур. Це дуже раннє відкриття, але воно показує, що фундаментальна наука є надійною.

Цікавий факт

Квантові матеріали можуть мати великий вплив на розвиток квантових комп'ютерів і нових технологій зв'язку, таких як квантовий інтернет.