Ilmuwan meluncurkan pencarian untuk mengembangkan sensor kuantum untuk menyelidiki materi kuantum

Ilmuwan meluncurkan pencarian untuk mengembangkan sensor kuantum untuk menyelidiki materi kuantum


Ilmuwan meluncurkan pencarian untuk mengembangkan sensor kuantum untuk menyelidiki materi kuantum

SLAC dan Stanford bermitra dengan dua universitas Illinois untuk menciptakan Pusat Penginderaan Kuantum dan Bahan Kuantum, yang bertujuan untuk mengungkap misteri yang terkait dengan superkonduktor eksotis, isolator topologi, dan logam aneh.

  • Kredit: Caitlin Kengle / UIUC

    Ketika datang untuk memahami sepenuhnya rahasia tersembunyi dari bahan kuantum, dibutuhkan seseorang untuk mengetahuinya, kata para ilmuwan: Hanya alat yang juga beroperasi pada prinsip kuantum yang dapat membawa kita ke sana. Pusat penelitian Departemen Energi baru akan fokus pada pengembangan alat-alat tersebut. Berbasis di University of Illinois di Urbana-Champaign, Center for Quantum Sensing and Quantum Materials menyatukan para ahli dari UIUC, SLAC National Accelerator Laboratory DOE, Universitas Stanford, dan University of Illinois-Chicago.


Ketika datang untuk memahami sepenuhnya rahasia tersembunyi dari bahan kuantum, dibutuhkan seseorang untuk mengetahuinya, kata para ilmuwan: Hanya alat yang juga beroperasi pada prinsip kuantum yang dapat membawa kita ke sana.

Pusat penelitian Departemen Energi baru akan fokus pada pengembangan alat-alat tersebut. Berbasis di University of Illinois di Urbana-Champaign, Center for Quantum Sensing and Quantum Materials menyatukan para ahli dari UIUC, SLAC National Accelerator Laboratory DOE, Universitas Stanford, dan University of Illinois-Chicago.

Mereka akan bekerja mengembangkan tiga perangkat penginderaan kuantum mutakhir: mikroskop qubit pemindaian, instrumen spektroskopi yang memanfaatkan pasangan elektron yang terjerat dan instrumen lain yang akan menyelidiki bahan dengan pasangan foton dari laser elektron bebas sinar-X SLAC. , Sumber Cahaya Koheren Linac, yang baru-baru ini dibuka kembali setelah peningkatan.

Teknik baru ini akan memungkinkan para peneliti untuk melihat secara lebih rinci mengapa material kuantum melakukan hal-hal aneh yang mereka lakukan, membuka jalan untuk menemukan material kuantum baru dan menciptakan probe yang lebih sensitif dari perilaku mereka.

Pekerjaan ini akan fokus pada pemahaman proses tingkat atom di balik superkonduktor nonkonvensional yang menghantarkan listrik tanpa hambatan pada suhu yang relatif tinggi; isolator topologi, yang membawa arus tanpa kehilangan di sepanjang tepinya; dan logam aneh, yang superkonduktor saat dingin tetapi memiliki sifat aneh pada suhu yang lebih tinggi.

“Yang menarik adalah bahwa pusat ini memberi kita kesempatan untuk menciptakan beberapa teknik pengukuran kuantum yang benar-benar baru untuk mempelajari bahan kuantum yang relevan dengan energi,” direktur pusat Peter Abbamonte, seorang profesor fisika di UIUC, mengatakan dalam siaran pers.

“Kami sering terjebak dalam siklus penggunaan pengukuran lama yang sama – bukan karena kami tidak membutuhkan jenis informasi atau pengetahuan baru, tetapi karena mengembangkan teknik itu mahal dan memakan waktu,” kata Abbamonte. Pusat baru, katanya, akan memungkinkan para ilmuwan untuk mendorong amplop pengukuran kuantum dengan mengatasi masalah yang lebih besar.

Keadaan terjerat eksotis

Bahan kuantum mendapatkan namanya dari fakta bahwa sifat eksotisnya berasal dari perilaku kooperatif elektron dan fenomena lain yang mematuhi aturan mekanika kuantum, daripada hukum fisika Newton yang mengatur dunia kita sehari-hari. Bahan-bahan ini pada akhirnya dapat berdampak besar pada teknologi energi masa depan – misalnya, dengan memungkinkan orang mengirimkan daya tanpa kehilangan daya dalam jarak jauh dan membuat transportasi jauh lebih hemat energi.

Tetapi materi kuantum mungkin berisi campuran materi eksotis yang tumpang tindih yang membingungkan yang sulit dipilah dengan alat konvensional.

“Di dunia kuantum semuanya menjadi terjerat, sehingga batas satu objek mulai tumpang tindih dengan batas objek lainnya,” kata Profesor SLAC Thomas Devereaux, salah satu dari enam peneliti SLAC dan Stanford yang berkolaborasi di pusat baru. “Kami akan menyelidiki keterikatan ini menggunakan berbagai alat dan teknik.”

Sensor kuantum bukanlah hal baru. Mereka termasuk perangkat interferensi kuantum superkonduktor, atau SQUID, yang ditemukan setengah abad yang lalu untuk mendeteksi medan magnet yang sangat kecil, dan sensor tepi transisi superkonduktor, yang menggabungkan SQUIDS untuk mendeteksi sinyal yang sangat kecil dalam astronomi, non-proliferasi nuklir, analisis material, dan pertahanan tanah air.

Pada tingkat dasar, mereka beroperasi dengan menempatkan sensor ke dalam keadaan kuantum yang diketahui dan memungkinkannya berinteraksi dengan objek yang diinginkan. Interaksi tersebut mengubah status sistem kuantum, dan mengukur status baru sistem mengungkapkan informasi tentang objek yang tidak dapat diperoleh dengan pendekatan konvensional.

Qubits di ujung

Dalam salah satu teknologi yang sedang dikembangkan, mikroskop qubit pemindaian, sensor kuantum akan terdiri dari satu atau lebih qubit yang ditempatkan di ujung probe dan digerakkan di atas permukaan material. Sebuah qubit adalah unit dasar informasi kuantum, seperti bit memori komputer biasa yang bolak-balik antara nol dan 1. Tetapi sebuah qubit ada sebagai superposisi dari kedua status nol dan 1 sekaligus. Qubit pemindai mungkin terdiri dari satu atom hidrogen, misalnya, dengan putaran elektron tunggalnya secara bersamaan ada sebagai atas, bawah dan semua kemungkinan keadaan di antaranya.

“Anda dapat mencoba menjerat sensor qubit dengan status kuantum materi yang Anda pelajari sehingga Anda benar-benar dapat merasakan keterikatan status kuantum dalam materi tersebut,” kata Kathryn Moler, wakil rektor dan dekan penelitian Stanford. “Jika kita bisa melakukan itu, itu akan sangat keren.”

Peneliti SLAC dan Stanford lainnya yang berkolaborasi dalam penelitian untuk pusat baru tersebut adalah Profesor Zhi-Xun Shen dan David Reis, Asisten Profesor Ben Feldman dan staf ilmuwan Mariano Trigo.

Pusat ini adalah salah satu dari 10 Pusat Penelitian Perbatasan Energi yang diberikan $ 100 juta oleh DOE Office of Science.


SLAC adalah laboratorium multiprogram dinamis yang mengeksplorasi cara kerja alam semesta pada skala terbesar, terkecil, dan tercepat serta menciptakan alat canggih yang digunakan oleh para ilmuwan di seluruh dunia. Dengan penelitian yang mencakup fisika partikel, astrofisika dan kosmologi, material, kimia, ilmu hayati dan energi, serta komputasi ilmiah, kami membantu memecahkan masalah dunia nyata dan memajukan kepentingan bangsa.

SLAC dioperasikan oleh Universitas Stanford untuk Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi AS. Office of Science adalah pendukung terbesar penelitian dasar dalam ilmu fisika di Amerika Serikat dan bekerja untuk mengatasi beberapa tantangan paling mendesak di zaman kita.

Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author