Les images schématiques montrent des électrons (lignes ondulées jaunes sur la gauche) sous forme d'ondes quantiques. Dans l'image du haut, la vague garde sa forme telle qu'elle passe à travers le « feu de circulation ». Dans l'image ci-dessous, la vague est arrêtée par la lumière. Les déformations en forme de monticule sous les vagues représentent le tremblement des atomes. Crédit :Université de Buffalo
Arrêter! Au nom de la science et de l'ingénierie quantiques.
Le refrain familier se rapporte à une nouvelle réalisation dans la technologie quantique, un domaine de recherche émergent qui cherche à exploiter les propriétés uniques des atomes et des particules subatomiques.
Une équipe de recherche dirigée par l'Université de Buffalo a mis au point un "feu de circulation" qui peut arrêter les ondes quantiques. L'avancement pourrait être la clé pour exploiter le potentiel du monde atomique, conduisant finalement à des percées dans l'informatique, Médicament, cryptographie, science des matériaux et autres applications.
"C'est un domaine de recherche d'une immense importance, " dit l'ingénieur électricien de l'UB, Jon Bird, Doctorat., co-auteur principal d'une étude publiée récemment dans la revue Lettres d'examen physique qui décrit le travail susmentionné.
Bird est professeur et président du département de génie électrique de l'UB School of Engineering and Applied Sciences. Jong Han, Doctorat., professeur de physique à la Faculté des arts et des sciences, est le co-auteur principal de l'article.
Des auteurs supplémentaires viennent des laboratoires de Bird et Han, ainsi que le Center for Integrated Nanotechnologies des Sandia National Laboratories, et l'Institut coréen d'études avancées.
Le mystère des électrons
Alors que les électrons sont bien connus des écoliers, les chercheurs tentent toujours de comprendre pourquoi ces particules subatomiques se comportent comme elles le font, ainsi que de trouver de nouvelles façons de les manipuler.
Dans l'étude, l'équipe "a utilisé les atomes mêmes qui composent la structure cristalline des matériaux semi-conducteurs que nous étudions soit pour empêcher le passage des électrons, ou pour leur permettre de passer librement, faisant essentiellement un « feu de circulation » pour ces particules quantiques. Nous le faisons en « secouant » ces atomes de manière contrôlable, par l'application de petits signaux électriques à nos appareils, " dit Oiseau.
L'image schématique montre des électrons (lignes ondulées jaunes à gauche) sous forme d'ondes quantiques arrêtées par le "feu de circulation". Les déformations en forme de monticule sous les vagues représentent le tremblement des atomes. Crédit :Université de Buffalo
Les chercheurs ont isolé un nanoconducteur spécialement conçu à une température extrêmement froide, moins 273 degrés Celsius. Dans de telles conditions, dans cet appareil ultra petit, les électrons présentent une nature ondulatoire.
En d'autres termes, ils se comportent plus comme des ondulations à la surface d'un étang que comme des particules ponctuelles, qui sont souvent décrits comme des objets ressemblant à des boules de billard qui se déplacent en lignes droites.
"Un peu comme la lumière, ou des vagues dans l'océan, ces ondes quantiques peuvent se comporter d'une manière inattendue pour les particules. Ils peuvent se plier dans les coins, par exemple, et le défi est de développer des techniques pour contrôler, ou barrer, eux, " dit Han.
Dans l'étude, les chercheurs de l'UB y sont parvenus en appliquant une petite quantité de tension au conducteur, leur permettant ainsi de secouer ses atomes de manière contrôlable. Comme les atomes ont été amenés à trembler plus fortement, ils ont fourni une plus grande source de résistance aux ondes quantiques, qui empêchait les vagues de traverser le conducteur.
"C'est ce que nous appelons un point de contact quantique. Vous pouvez le considérer comme un feu de circulation. Seulement au lieu d'arrêter les automobiles à une intersection, nous avons démontré la capacité de contrôler la transmission des ondes électroniques dans un système confiné en secouant extérieurement les atomes de ce système, " dit Han.
Des ordinateurs beaucoup plus puissants
La capacité de contrôler les particules subatomiques telles que les électrons et les photons est la clé du développement des technologies quantiques, surtout les ordinateurs quantiques.
Les ordinateurs traditionnels traitent l'information, ou des morceaux, en code binaire, ce qui signifie qu'ils stockent des données et effectuent des calculs en attribuant des valeurs de "un" ou "zéro". Ordinateurs quantiques, qui sont développés par IBM, Google et d'autres entreprises, travailler avec des "qubits" qui peuvent représenter des uns et des zéros en même temps.
En théorie, cette approche pourrait conduire à des ordinateurs beaucoup plus puissants que ceux qui existent aujourd'hui. À son tour, cela créerait d'importants avantages économiques et de sécurité nationale.
La recherche dirigée par UB fournit une mise en œuvre de niveau fondamental des techniques nécessaires pour contrôler les ondes quantiques à l'échelle microscopique, faire de ces avancées technologiques une possibilité, dit Oiseau.
