สถานะการหมุนของเออร์เบียมไอออนที่พันกันอยู่ในผลึกแข็งสามารถควบคุมและอ่านข้อมูลทีละรายการโดยใช้เทคนิคใหม่ที่พัฒนาโดยJeff Thompsonและเพื่อนร่วมงานที่ Princeton University ในสหรัฐอเมริกา ในการทำเช่นนั้น ทีมงานได้เอาชนะความท้าทายที่สำคัญในการวัดค่าไอออนในคริสตัลที่มีระยะห่างอย่างใกล้ชิด เทคนิคของพวกเขาอาจนำไปสู่การสร้างอุปกรณ์ควอนตัมใหม่
สามารถรวมเข้ากับเทคโนโลยีโทรคมนาคมด้วยแสงที่มีอยู่
สิ่งเจือปนในระดับอะตอมบางอย่างในผลึกโซลิดสเตตมีสถานะสปินที่คงอยู่เป็นเวลานาน และดังนั้นจึงสามารถใช้เป็นควอนตัมบิต (qubits) ของข้อมูลได้ หากสิ่งเจือปนอยู่ใกล้กันมากพอในคริสตัล สปินของพวกมันจะพันกัน สิ่งกีดขวางนี้สามารถใช้ประโยชน์เพื่อสร้างประตูตรรกะควอนตัมสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม
อย่างไรก็ตาม การแยกระดับนาโนที่จำเป็นสำหรับการพัวพันมักจะต่ำกว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบนของแสงที่มองเห็นได้ ซึ่งหมายความว่าเลเซอร์ออปติคัลที่ใช้ในการควบคุมและอ่านสถานะการหมุนไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างการหมุนของสิ่งสกปรกแต่ละอย่างได้
สุ่มกะวิธีหนึ่งที่มีแนวโน้มในการแก้ไขปัญหานี้คือการใช้เออร์เบียมไอออนที่หายากของโลกเป็นสิ่งเจือปน สปินของพวกมันสามารถเก็บข้อมูลควอนตัมไว้ได้เป็นเวลานาน และพวกมันโต้ตอบกับแสงที่ความยาวคลื่นที่ใช้สำหรับการสื่อสารโทรคมนาคมด้วยแสง แต่ที่สำคัญที่สุด สิ่งเจือปนของเออร์เบียมไอออนในคริสตัลจะมีการเปลี่ยนแปลงแบบสุ่มในพลังงานการเปลี่ยนแปลงทางแสง ซึ่งหมายความว่าแม้ว่าตำแหน่งของไอออนหลายตัวจะไม่สามารถแก้ไขได้ในเชิงพื้นที่ แต่สถานะการหมุนของพวกมันก็สามารถควบคุมและอ่านค่าได้โดยใช้ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของแสงที่พวกมันดูดกลืนและปล่อยออกมาเมื่อส่องสว่างด้วยเลเซอร์
เทอร์โมมิเตอร์ควอนตัม Nanodiamond วัดอุณหภูมิของหนอน
เพื่อใช้ประโยชน์จากคุณสมบัตินี้ ทีมของทอมป์สันได้เจือคริสตัลอิตเทรียมออร์โธซิลิเกตที่มีไอออนเออร์เบียม จากนั้นจึงรวมระบบเข้ากับช่องโฟโตนิกซิลิกอนซึ่งช่วยเพิ่มการปล่อยแสงจากไอออนและทำให้อ่านสปินได้ง่ายขึ้น จากจำนวนไอออนเออร์เบียมนับร้อยในตัวอย่าง นักวิจัยได้มุ่งเน้นไปที่ 6 ไอออนในบริเวณที่มีขนาดต่ำกว่าไมครอน โดยปรับความยาวคลื่นของเลเซอร์ให้ตรงกับแต่ละไอออน วิธีนี้ช่วยให้ควบคุมและอ่านสถานะการหมุนของไอออนแต่ละตัวด้วยความเที่ยงตรงสูงได้อย่างง่ายดาย
ปัจจุบัน ธอมป์สันและเพื่อนร่วมงานหวังว่าวิธีการของพวกเขาจะสามารถขยายเพื่อรองรับไอออนของแรร์เอิร์ธจำนวนมากที่มีการแยกขนาดเล็กตามอำเภอใจ ทำให้เหมาะสำหรับระบบหลายควิบิต ประเด็นสำคัญคือพวกเขาชี้ให้เห็นว่าเทคโนโลยีนี้สามารถรวมเข้ากับโครงสร้างพื้นฐานด้านการสื่อสารที่มีอยู่ได้อย่างง่ายดาย: การส่งสัญญาณที่เข้ารหัสในย่านความถี่โทรคมนาคมโดยใช้อุปกรณ์ซิลิกอนในปัจจุบันและเส้นใยแก้วนำแสง หากทำได้สำเร็จ ในไม่ช้านี้อาจทำให้ข้อบกพร่องของเออร์เบียมไอออนเป็นพื้นฐานที่มั่นคงสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคต เช่นเดียวกับเครือข่ายการสื่อสารควอนตัมที่มีความปลอดภัยสูง
เมื่อขั้นตอนนี้เสร็จสมบูรณ์ นักวิจัยได้ใช้กล้องจุลทรรศน์ส่งผ่านการสแกนด้วยสเปกโตรสโคปีการกระจายพลังงาน (STEM-EDS) เพื่อตรวจสอบโครงสร้างของตัวอย่าง เทคนิคการถ่ายภาพนี้เผยให้เห็นโครงสร้าง superlattice ที่มีรูพรุนซึ่งประกอบด้วย DNA ที่เคลือบซิลิกาและ “ตัวติดตาม” ของอนุภาคนาโนทองคำ
โครงสร้างนี้ก่อตัวเป็นอาร์เรย์เป็นระยะของทางแยก
ของโจเซฟสัน ซึ่งเป็นสิ่งกีดขวางที่ไม่เป็นตัวนำยิ่งยวดแม้ว่าจะเป็นอุโมงค์กระแสไฟฟ้าที่มีตัวนำยิ่งยวดก็ตาม โดยที่ไนโอเบียมใน superlattice นั้นส่วนใหญ่จำกัดอยู่ที่ชั้นออคตาเฮดราสามคู่บนสุด (ซึ่งมีความหนารวมประมาณ 290 นาโนเมตร) ในขั้นตอนสุดท้าย นักวิจัยได้วัดลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟในปัจจุบันของ superlattices ที่อุณหภูมิระหว่าง 1.9 ถึง 3.7 K เส้นโค้งที่สร้างขึ้นเป็นแบบอย่างของทางแยก Josephson เดี่ยว กล่าวคือ แสดงแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์สำหรับกระแสขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่กำหนด กระแสไฟวิกฤต (ระบุโดยลักษณะของความต้านทาน) จากนั้นแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นทีละน้อย
DNA origami ผลิตซิลิกา ‘ไดอะตอม’แก๊งค์และเพื่อนร่วมงานสังเกตว่าทางแยกของโจเซฟสันเป็นองค์ประกอบหลักสำหรับการใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์ควอนตัมในเทคโนโลยีที่ใช้งานได้จริง โดยมีตัวอย่างรวมถึงอุปกรณ์อ้างอิงควอนตัมที่มีตัวนำยิ่งยวด (SQUID) ที่ใช้ในการตรวจจับสนามแม่เหล็ก ลักษณะสามมิติของทางแยก Josephson ที่สร้างขึ้นในงานนี้หมายความว่าสามารถบรรจุชิ้นส่วนเหล่านี้ได้มากขึ้นในไดรฟ์ข้อมูลขนาดเล็กเท่าเดิม ซึ่งอาจเพิ่มพลังของอุปกรณ์ที่ใช้
แม้ว่า DNA จะไม่ใช่วัสดุที่มีประโยชน์มากที่สุดสำหรับงานดังกล่าว นักวิจัยกล่าวว่าพวกเขาได้แสดงให้เห็นว่าโดยหลักการแล้วองค์กร DNA ที่ซับซ้อนสามารถใช้เพื่อสร้างวัสดุตัวนำยิ่งยวด 3 มิติที่มีโครงสร้างนาโนสูง “เส้นทางการแปลงวัสดุนี้ช่วยให้เราสามารถสร้างระบบที่หลากหลายด้วยคุณสมบัติที่น่าสนใจ – ไม่เพียงแต่ความเป็นตัวนำยิ่งยวดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ ทางกล ทางแสง และตัวเร่งปฏิกิริยาด้วย” พวกเขารายงาน “เราสามารถจินตนาการได้ว่ามันเป็น ‘การพิมพ์หินระดับโมเลกุล’ ซึ่งพลังของความสามารถในการโปรแกรม DNA จะถูกถ่ายโอนไปยังการสร้างนาโนอนินทรีย์ 3 มิติ”
การว่ายน้ำในโรงเรียนช่วยให้ปลาหลีกเลี่ยงผู้ล่า แต่ยังช่วยให้พวกมันประหยัดพลังงานอีกด้วย นี่คือการค้นพบของนักวิจัยในเยอรมนี จีน และฮังการี ที่ใช้หุ่นยนต์คล้ายปลาเพื่อตรวจสอบว่าปลาจริงจะได้มาจากกระแสน้ำที่ปลาอื่นๆ สร้างขึ้นขณะว่ายน้ำได้อย่างไร ปรากฏการณ์ที่พวกเขาสังเกตเห็นเรียกว่าการจับคู่เฟสกระแสน้ำวน และนักวิจัยกล่าวว่าการเข้าใจวิธีการทำงานดังกล่าวสามารถสร้างแรงบันดาลใจในการพัฒนายานพาหนะใต้น้ำที่มีลักษณะเหมือนปลาที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์สงสัยมานานแล้วว่าปลาที่ว่ายน้ำอาจใช้ประโยชน์จากกระแสอุทกพลศาสตร์ที่หมุนวนซึ่งสร้างขึ้นโดยเพื่อนบ้านของพวกเขา แต่ก็ยังไม่ชัดเจนว่าปลาแต่ละตัวประสานการเคลื่อนไหวของพวกมันอย่างไรเพื่อรับประโยชน์จากกระแสน้ำวนเหล่านี้ นักวิจัยนำโดยIain Couzinจากสถาบัน Max Planck Institute of Animal Behavior และ University of Konstanz ศึกษาคำถามนี้โดยสร้างหุ่นยนต์คล้ายปลาและวัดปริมาณพลังงานที่พวกมันกินเมื่อว่ายน้ำเป็นคู่ (รูปแบบการว่ายน้ำที่พบบ่อยที่สุดในประชากรปลาตามธรรมชาติ) เปรียบเทียบ เมื่อพวกเขาว่ายน้ำคนเดียว การวัดดังกล่าวจะเป็นไปไม่ได้ที่จะทำกับสัตว์จริง
Credit : brewguitarduo.com buckeyecountry.net buickturboperformance.com bushpain.com capemadefieldguide.org
