Hvad er et kvantespejl?
I dag kan MP3-afspillere, der er mindre end en bog med kampe, indeholde to gigabyte information - nok plads til omkring 500 sange. Når det kommer til kapaciteter, strøm, hastighed og energieffektivitet, der er muligt at pakke ind i en mobiltelefon eller en bærbar computer, viser et fænomen, der kaldes kvantespejling, at overfladen måske kun er ridset indtil videre. I det væsentlige er kvantespejling et fænomen, der antyder, at data kan overføres uden konventionelle ledninger.
I 1993 opdagede IBM-forskere konceptet med kvantespejling. Denne opdagelse kan betragtes som et vendepunkt i nanoteknologiens historie, selv når integrerede kredsløb nærmer sig deres grænse i miniaturisering. Så avanceret som denne teknologi er blevet, afhænger det af noget, der blev opfundet i det 19. århundrede - ledninger. Til sidst bliver ledninger for små til effektiv strømning af elektroner, og forbindelsen svimler ud.
Disse forskere hos IBM mener, at kvantespejling kan føre til oprettelse af kredsløb i atomskala . I stedet for at strømme gennem ledninger, kører information i dette atomkredsløb en bølge i et hav af elektroner.
Et team hos IBM, ledet af Don Eigler, oprettede et eksperiment for at demonstrere kvantespejling i handling. Ved hjælp af et scannende, tunnelmikroskop samlet de en ellipse med en diameter, der var 5.000 gange mindre end for et menneskehår. Ellipsen blev dannet af en halskæde med 36 koboltatomer på overfladen af en kobberkrystall afkølet til fire grader over absolut nul.
De brugte en ellipse, fordi den som en geometrisk form har det, der kaldes fokuspunkter i hver ende af dens lange akse. Hvis du tegner en linje fra et fokuspunkt til et hvilket som helst punkt på ellipsen, så over til det modsatte fokuspunkt, vil afstanden altid være den samme.
De brugte kobber, fordi det er ikke-magnetisk, og koboltatomer er magnetiske. De sætter kobberet i en dyb fryse, for når det er så koldt, producerer elektronerne i kobberet en resonans kaldet Kondo-effekten, når et koboltatom kommer i kontakt med dem. Kondo-effekten er forestillingen om, at elektrisk modstand afviger, når temperaturen er nær 0 Kelvin.
Ellipsen af koboltatomer dannede en koral, der indeholdt elektroner fra kobberkrystallen. Som forventet, da IBM-forskerne brugte scanningen og tunnelerede mikroskop for at placere et atom i ellipsen, så de Kondo-effekten. Men da de flyttede koboltatomet til et af fokuspunkterne på ellipsen, dukkede Kondo-effekten op på det andet fokuspunkt.
I det væsentlige kørte resonansen skabt af det magnetiske koboltatom, der interagerer med de ikke-magnetiske kobberelektroner, en bølge gennem elektronerne indeholdt i koboltkæden til det andet fokuspunkt. Alt dette til trods for, at et atom ikke var der. Forskerne kaldte denne effekt kvantespejling.
IBM-forskere teoretiserer, at kvantespejling kan betjenes på måder, der ligner fokuseringslys med linser eller lyd med parabolske reflektorer. Men teknologien har en lang vej at gå. At samle et halskæde med atomer med et scannende, tunnelmikroskop tager meget tid og energi. Men hvis processen kan fremskyndes og raffineres, så forestil dig bare, en dag kan folk muligvis gemme 10.000 sange i en mikroskopisk MP3-afspiller implanteret i det indre øre. Hvorfor ikke? Med fænomener som kvantespejling, der findes i universet, er alt muligt.