جهش کوانتومی: فناوری کوانتومی ارزان با «باکیبال» در دمای اتاق
در تحولی شگفتانگیز برای دنیای فناوری کوانتومی، محققان راهی به طرز شگفتآوری ساده و در عین حال قدرتمند برای تولید تک ذرات نور یافتهاند. تصور کنید که بلوکهای سازنده محاسبات کوانتومی و ارتباطات فوق امن نه تنها قابل اعتمادتر، بلکه به طور قابل توجهی ارزانتر و آسانتر برای تولید شوند. این همان وعدهای است که مولکولهای فولرن C60، که به «باکیبال» نیز معروف هستند، در یک ماده رایج یعنی پلیاستایرن، به ما میدهند.
تیمی به رهبری رائول لاهوز سانز و برونو جولیا-دیاز نشان دادهاند که این مولکولهای به راحتی در دسترس میتوانند به عنوان گسیلندههای تک فوتون قابل اعتماد و بر اساس تقاضا عمل کنند و مهمتر از همه، این کار را در دمای اتاق انجام میدهند. این یک گام بزرگ رو به جلو است، زیرا بسیاری از فناوریهای کوانتومی فعلی به سرمایش شدید و کرایوژنیک نیاز دارند که آنها را برای استفاده گسترده، گران و غیرعملی میکند. این روش جدید بر این موانع بزرگ غلبه کرده و به طور بالقوه دسترسی به ابزارهای قدرتمند کوانتومی را برای همگان ممکن میسازد.
مقایسه آن چگونه است؟
منابع تک فوتون، قلب بسیاری از کاربردهای کوانتومی هستند. روشهای موجود اغلب از نقاط کوانتومی یا مراکز رنگی خاص در الماس استفاده میکنند، اما هر یک با چالشهای خاص خود از جمله کارایی و پایداری روبرو هستند. رویکرد جدید مبتنی بر فولرن یک جایگزین جذاب ارائه میدهد.
در مقایسه با نقاط کوانتومی کلوئیدی سنتی، فولرنهای C60 ویژگیهای متمایزی از خود نشان میدهند. آنها طول عمر واپاشی بسیار کوتاهتری دارند (حدود ۴.۴ تا ۴.۷ نانوثانیه در مقایسه با ۲۲.۳۵ نانوثانیه برای نقاط کوانتومی). اگرچه این طول عمر کوتاهتر ممکن است حساسیت بیشتری به محیط اطرافشان را نشان دهد، اما به معنای نرخ گسیل بالقوه بالاتر نیز میباشد، که یعنی منبع درخشانتری از فوتونها. با اینکه خلوص تک فوتونی آنها (که با مقداری حدود ۰.۳۱ مشخص میشود) در این یافتههای اولیه به اندازه نقاط کوانتومی (حدود ۰.۱۸۶) ایدهآل نیست، اما دسترسی آسان و سهولت ساخت آنها میتواند برای بسیاری از کاربردها بر این مورد برتری داشته باشد.
علم پشت این درخشش
محققان معتقدند فرآیندی به نام اکسیداسیون نوری (photo-oxidation) کلیدی است. هنگامی که مولکولهای فولرن با طول موج خاصی از نور (۴۰۵ نانومتر) برانگیخته میشوند، تقارن مولکولی آنها شکسته میشود. این تغییر اجازه میدهد تا گذارهای نوری که قبلاً ممنوع بودند، رخ دهند و در واقع قابلیت آنها برای گسیل تک فوتونها را «روشن» میکند. در حالی که مکانیک دقیق مولکولی هنوز در دست بررسی است و اثرات چشمکزن نیز وجود دارد، نتایج فوقالعاده امیدوارکننده هستند.
این پیشرفت راه را برای دستگاههای کوانتومی مقیاسپذیر و مقرونبهصرفه هموار میکند. با کنار گذاشتن فرآیندهای ساخت پیچیده و نیاز به مواد تخصصی و گرانقیمت، فولرنهای C60 میتوانند توسعه کامپیوترهای کوانتومی عملی، شبکههای ارتباطی غیرقابل هک و حسگرهای بسیار حساس را تسریع بخشند.
اطلاعات بیشتر را از منبع اصلی تحقیق بخوانید.
منبع: Quantum Zeitgeist