Australští vědci umístili kvantový svět na mikročip

Foto: Manik Roy/Unsplash

Jejich kvantový simulátor napodobuje přírodu na atomové úrovni

Australský startup právě vymodeloval molekulu na mikročipu a umístil atomy do křemíku s přesností pod nanometry. Tato schopnost simulovat molekuly v atomovém měřítku, kde hmotě vládne kvantová mechanika, by mohla zlepšit naše chápání kvantového světa a vést k vytvoření neuvěřitelných nových materiálů, jako jsou vysokoteplotní supravodiče nebo superúčinné solární články, napsal server Freethink.

„Mohli bychom začít napodobovat, jak se chová příroda, a pak můžeme začít vyrábět nové druhy materiálů a zařízení, které svět ještě neviděl,“ řekla Michelle Simmons, zakladatelka Silicon Quantum Computing, startupu odpovědného za mikročip.

Myslet v malém

Několik milionů let po vyrobení našich prvních kamenných nástrojů lidé zjistili, že když přiblížíme hmotu a podíváme se na atomy a subatomární částice, které ji tvoří, dodržují jiná pravidla než ta, která řídí objekty na větších plochách. měřítko.

Tato pravidla („kvantové mechanika“) mohou mít své vlastní užitečné aplikace – MRI skenery, solární články a atomové hodiny využívají kvantové jevy.

"Můžeme začít vyrábět nové druhy materiálů a zařízení, které svět ještě neviděl."

Ale i když je snadné zvednout kámen a extrapolovat, že by to mohlo být dobré pro mlácení věcí, není tak snadné vidět nebo pochopit, jak se hmota chová na kvantovém měřítku – zvláště když samotné pozorování ovlivňuje kvantové systémy.

Můžeme použít počítačové programy k simulaci toho, jak se některé malé molekuly chovají na atomární nebo subatomární úrovni, ale to není schůdná volba pro větší molekuly: existuje příliš mnoho možných interakcí mezi jejich částicemi.

„Pokud dokážeme začít chápat materiály na [kvantové] úrovni, můžeme navrhnout věci, které nikdy předtím nebyly vyrobeny,“ řekl Simmons ScienceAlert. „Otázka zní: jak vlastně ovládáte přírodu na této úrovni?“

Kvantový simulátor

Zdá se, že odpovědí je modelování molekul na křemíkových čipech.

Pro nedávnou studii tým SQC úspěšně vyrobil mikročip v atomovém měřítku, vytvořil 10 jednotně velkých umělých atomů – také známých jako „kvantové tečky“ – a poté pomocí skenovacího tunelového mikroskopu přesně umístil tečky do křemíku.

Tým modeloval svůj čip podle struktury polyacetylenu, molekuly vyrobené z atomů uhlíku a vodíku spojených střídajícími se jednoduchými a dvojnými uhlíkovými vazbami. 

Foto: Placidplace/Picabay

Jakmile byl sestrojen, mohli aplikovat elektrický náboj na jednu část čipu („zdroj“) a zkoumat, jak se pohyboval podél řetězce atomů, aby vystoupil v jiné části („odtok“). 

„Doslova to budujeme zdola nahoru, kde napodobujeme molekulu polyacetylenu tím, že vkládáme atomy do křemíku s přesnými vzdálenostmi, které představují jednoduché a dvojité vazby uhlík-uhlík,“ řekl Simmons.

Na základě teoretických předpovědí se má polyacetylen chovat odlišně podle toho, zda řetězec molekul začíná a končí dvojnými uhlíkovými vazbami nebo jednoduchými uhlíkovými vazbami.

"To, co [tento model] ukazuje, je, že můžete doslova napodobit to, co se skutečně děje ve skutečné molekule."

Aby vědci ověřili, zda je jejich modelovací technika přesná, vytvořili jeden čip založený na každé verzi – a viděli, že počet elektrických vrcholů se měnil, když proud procházel každou verzí.

„To potvrzuje dlouhodobé teoretické předpovědi a demonstruje naši schopnost přesně simulovat molekulu polyacetylenu,“ uvádí SQC.

Tým také pozoroval elektron existující na dvou místech současně, což je příklad superpozice kvantového jevu .

„To, co [tento model] ukazuje, je, že můžete doslova napodobit to, co se skutečně děje ve skutečné molekule, a proto je to vzrušující, protože signatury těchto dvou řetězců jsou velmi odlišné,“ řekl Simmons.