technologie kwantowe

W świecie fizyki dzieje się coś naprawdę fascynującego, badacze opracowali nowy typ lasera, który zamiast światła wykorzystuje… dźwięk. A dokładniej: fonony, czyli najmniejsze możliwe „porcje” drgań. To osiągnięcie może otworzyć drzwi do zupełnie nowych technologii, od ultra-precyzyjnej nawigacji po lepsze zrozumienie grawitacji i mechaniki kwantowej.

Naukowcy z Florida State University stworzyli nowy krystaliczny materiał o niezwykłych właściwościach magnetycznych. Choć brzmi to bardzo specjalistycznie, skutki tego odkrycia mogą w przyszłości dotyczyć każdego z nas, od pojemniejszych dysków twardych, przez energooszczędną elektronikę, aż po stabilniejsze komputery kwantowe.

Od niemal 200 lat druga zasada termodynamiki wyznacza nieprzekraczalne granice sprawności silników cieplnych. Zgodnie z zasadą sformułowaną przez Sadi Carnot, żaden silnik nie może działać wydajniej niż tzw. silnik Carnota. Najnowsze badania pokazują jednak, że w świecie atomów i cząstek elementarnych te klasyczne reguły mogą przestać obowiązywać.

Wyobraź sobie materiał, w którym energia i masa płyną bez jakiegokolwiek oporu — bez strat, tarcia czy spowolnienia. Brzmi jak science fiction? A jednak właśnie taki układ udało się stworzyć naukowcom z TU Wien. Ich eksperyment pokazuje, że w świecie kwantowym znane nam prawa transportu mogą przestać obowiązywać.

Komputery kwantowe obiecują rewolucję w obliczeniach – od projektowania nowych leków po symulacje złożonych procesów fizycznych. Problem w tym, że aby spełnić te obietnice, muszą urosnąć z dzisiejszych prototypów do maszyn zawierających setki tysięcy, a nawet miliony kubitów. Najnowsze badania pokazują jednak, że kluczem do tej skali może być… urządzenie mniejsze niż setna część ludzkiego włosa.

Światło potrafi znacznie więcej, niż nam się wydaje. Najnowsze badania pokazują, że odpowiednio „uformowane” światło może przenosić ogromne ilości informacji, zwiększać bezpieczeństwo komunikacji i przyspieszać obliczenia kwantowe. Tak zwane kwantowe światło strukturalne to jedna z najbardziej obiecujących technologii rozwijanych obecnie na styku fizyki, informatyki i inżynierii.

Prawa termodynamiki to jedne z najbardziej fundamentalnych zasad fizyki. Uczą nas, że energii nie da się stworzyć z niczego, a entropia — miara nieuporządkowania — zawsze rośnie. Te reguły świetnie sprawdzają się w świecie silników parowych, lodówek czy elektrowni. Ale co dzieje się wtedy, gdy próbujemy zastosować je do mikroskopijnego świata kwantów? Z tym właśnie problemem zmierzyli się naukowcy z Uniwersytetu w Bazylei, proponując nowe, spójne podejście do opisu pracy i ciepła w układach kwantowych.

Komputery kwantowe i ultrabezpieczna komunikacja od lat rozpalają wyobraźnię naukowców i inżynierów. Jednym z kluczowych elementów tych technologii jest strumień pojedynczych fotonów — idealnie uporządkowany, przewidywalny i pozbawiony zakłóceń. Teraz badacze z Uniwersytetu Iowa proponują sprytny sposób, jak taki strumień „oczyścić”, wykorzystując… to, co dotąd było problemem.

Po raz pierwszy w historii badaczom udało się nadać germanowi — jednemu z kluczowych półprzewodników współczesnej elektroniki — właściwości superprzewodzące. Dokonali tego, precyzyjnie wprowadzając atomy galu do sieci krystalicznej germanu, dzięki czemu materiał zaczął przewodzić prąd bez najmniejszego oporu. To odkrycie otwiera zupełnie nowe możliwości w rozwoju komputerów, urządzeń kwantowych i energooszczędnej elektroniki.

Komputery kwantowe od lat rozpalają wyobraźnię naukowców i inżynierów. Mają rozwiązywać problemy, z którymi nigdy nie poradzą sobie nawet najszybsze klasyczne superkomputery. Jest jednak jeden poważny problem: kubity, czyli podstawowe jednostki informacji kwantowej, zbyt szybko „zapominają”, co miały zapamiętać. Zespół badaczy z Uniwersytetu Princeton właśnie zrobił ogromny krok w stronę rozwiązania tego problemu.