Oamenii de știință australieni au pus lumea cuantică pe un microcip

Acest articol este o tranșă din Future Explored, un ghid săptămânal al tehnologiei care va schimba lumea. Poți primi astfel de povești livrate direct în căsuța de e-mail în fiecare joi dimineață la ora abonându-te aici.

Un startup australian tocmai a modelat o moleculă pe un microcip, plasând atomi în siliciu cu o precizie sub-nanometrică.

Această capacitate de a simula molecule la scară atomică, unde materia este guvernată de mecanica cuantică, ar putea îmbunătăți înțelegerea noastră asupra lumii cuantice și ar putea duce la crearea de noi materiale incredibile, cum ar fi supraconductori de temperatură înaltă sau celule solare super-eficiente.

„Am putea începe să imitem modul în care se comportă natura și apoi putem începe să facem noi tipuri de materiale și dispozitive pe care lumea nu le-a văzut niciodată până acum”, a declarat Michelle Simmons, fondatoarea Silicon Quantum Computing, startup-ul responsabil pentru microcip.

gândind mic

La câteva milioane de ani după ce au făcut primele noastre unelte de piatră, oamenii au descoperit că atunci când ne apropiem de materie, privind atomii și particulele subatomice care o alcătuiesc, ei aderă la un set diferit de reguli decât cele care guvernează oamenii, obiectele mai mari. scară.

Aceste reguli („mecanica cuantică”) pot avea propriile aplicații utile: scanerele RMN, celulele solare și ceasurile atomice profită de fenomenele cuantice.

„Putem începe să facem noi tipuri de materiale și dispozitive pe care lumea nu le-a mai văzut niciodată”.

Michelle Simmons

Dar, deși este ușor să ridici o piatră și să extrapolezi că ar putea fi bun la spargerea lucrurilor, nu este atât de ușor să vezi sau să înțelegi cum se comportă materia la scara cuantică, mai ales că observația în sine afectează sistemele cuantice.

Putem folosi programe de calculator pentru a simula modul în care unele molecule mici se comportă la nivel atomic sau subatomic, dar aceasta nu este o opțiune viabilă pentru moleculele mai mari: există prea multe interacțiuni posibile între particulele lor.

„Dacă putem începe să înțelegem materialele din [the quantum] nivel, putem proiecta lucruri care nu au mai fost făcute niciodată”, a spus Simmons pentru ScienceAlert. „Întrebarea este: cum controlezi cu adevărat natura la acel nivel?”

simulatorul cuantic

Răspunsul, se pare, este de a modela molecule pe cipuri de siliciu.

Pentru un studiu recent, echipa SQC a fabricat cu succes un microcip la scară atomică, creând 10 atomi artificiali de dimensiune uniformă, cunoscuți și sub denumirea de „puncte cuantice”, apoi a folosit un microscop cu scanare tunel pentru a plasa cu precizie punctele pe microcip.

Echipa și-a modelat cipul după structura poliacetilenei, o moleculă formată din atomi de carbon și hidrogen conectați prin legături alternante simple și duble de carbon.

Simulatorul cuantic. Credit: Silicon Quantum Computing

Odată construite, ei puteau aplica o sarcină electrică unei părți a cipului („sursa”) și să studieze modul în care acesta se mișcă de-a lungul lanțului de atomi pentru a ieși în altă parte („drenajul”).

„O construim literalmente de jos în sus, unde imităm molecula de poliacetilenă prin plasarea atomilor în siliciu cu distanțele exacte care reprezintă legături simple și duble carbon-carbon”, a spus Simmons.

Pe baza predicțiilor teoretice, poliacetilena se presupune că se comportă diferit, în funcție de faptul că lanțul de molecule începe și se termină cu legături duble de carbon sau cu legături simple de carbon.

“Ce [this model is] Ceea ce arată este că poți imita literalmente ceea ce se întâmplă de fapt în molecula reală.”

Michelle Simmons

Pentru a verifica dacă tehnica lor de modelare a fost corectă, cercetătorii au creat un cip pe baza fiecărei versiuni și au văzut că numărul de vârfuri electrice se schimba pe măsură ce curentul trecea prin fiecare versiune.

„Acest lucru confirmă predicțiile teoretice de lungă durată și demonstrează capacitatea noastră de a simula cu precizie molecula de poliacetilenă”, potrivit SQC.

Echipa a observat, de asemenea, un electron care a existat în două locuri simultan, un exemplu de suprapunere a fenomenului cuantic.

“Ce [this model is] Ceea ce arată este că puteți imita literalmente ceea ce se întâmplă de fapt în molecula reală și, prin urmare, este incitant, deoarece semnăturile celor două lanțuri sunt foarte diferite”, a spus Simmons.

După cum era de așteptat, diferitele configurații au produs doi curenți electrici diferiți. Credit: Silicon Quantum Computing

Ce urmeaza?

Echipa a ales un lanț în 10 puncte al moleculei de poliacetilenă pentru a-și demonstra tehnologia, deoarece asta este ceva ce putem simula cu computerele clasice. Acum ei caută să se extindă.

„Suntem aproape de limita a ceea ce pot face computerele clasice, așa că este ca și cum ați coborî din margine în necunoscut”, a spus Simmons. „Și iată ce este interesant: acum putem face dispozitive mai mari, care depășesc ceea ce poate modela un computer clasic”.

Aceste viitoare modele cuantice ar putea fi pentru materiale care duc la noi baterii, produse farmaceutice și multe altele, prezice Simmons.

„Nu va trece mult până vom putea începe să facem noi materiale care nu au mai existat niciodată”, a spus el.

Ne-ar plăcea să auzim de la tine! Dacă aveți un comentariu la acest articol sau un sfat pentru o viitoare poveste Freethink, vă rugăm să ne trimiteți un e-mail la [email protected].

Add Comment