Co to jest drut kwantowy?
Drut kwantowy to kabel lub drut, często podobny do drutu miedzianego, ale wykonany z nanorurek określonego pierwiastka, zwykle węgla. Druty kwantowe są zwykle przewodnikami, ale mogą być również wykonane jako izolatory lub półprzewodniki. Przewody te idealnie nadają się do wykonywania połączeń elektrycznych i do stosowania w statkach kosmicznych, ponieważ są mniejsze i lżejsze niż ich metalowe odpowiedniki. Są jednak drogie w produkcji.
Nanorurki są sztucznymi mikroskopijnymi rurkami o średnicy 1 nanometra, która mierzy 1 miliardową część metra. Dla porównania, średnica pojedynczego ludzkiego włosa jest mierzona w mikrometrach, które są 1000 razy większe niż nanometr. Nanorurki są nie tylko wykorzystywane do tworzenia drutu kwantowego, ale są wykorzystywane w różnych dziedzinach naukowych, w tym w badaniach medycznych.
Odkryte w 1991 r. Nanorurki powstają, gdy laser zostaje wystrzelony z czystej substancji, takiej jak węgiel. Początkowo był to długi proces, w którym odrzucono wiele potencjalnych nanorurek, ponieważ nie spełniały one wymagań dotyczących wielkości, ale naukowcy z Rice University udoskonalili proces tworzenia nanorurek o odpowiedniej wielkości do 1996 r.
Nanorurki muszą być połączone lub skręcone ze sobą w łańcuchy, aby utworzyć druty kwantowe, które mają wyższą przewodność niż druty miedziane, najlepszy metalowy przewodnik elektryczności. Teoretycznie drut kwantowy ma jedną szóstą ciężaru drutu miedzianego i może przewodzić prąd nawet dziesięciokrotnie bardziej wydajnie. Metalowe druty kwantowe mogą być wykonane z niklu (Ni) lub złota (Au). Te druty są nadal w dużej mierze eksperymentalne, ale mają zastosowanie w elektronice i optyce.
Prawdopodobnie najbardziej ekscytującym naukowo rodzajem drutu kwantowego są jednak te wykonane z nanorurek węglowych. W 2005 r. Uniwersytet Rice prowadził szeroko zakrojone badania nad wytwarzaniem drutu kwantowego z nanorurek węglowych, wykorzystując dotację w wysokości 11 milionów dolarów amerykańskich (National Aeronautics and Space Administration - NASA). Rice University ma zostać ukończony w 2010 roku, a jego zadaniem było stworzenie drutu kwantowego wystarczająco długiego, aby można go było stosować w statkach kosmicznych.
Ponieważ druty są lżejsze i bardziej wydajne, NASA i inni naukowcy uważają, że druty kwantowe mogą przyczynić się do umożliwienia statkom kosmicznym podróży w kosmos, ponieważ każdy dodatkowy funt kosztuje statek kosmiczny więcej paliwa. Naukowcy mają jednak problemy z wytworzeniem wystarczającej liczby nanorurek do wytworzenia drutu o dużej długości, ponieważ bardzo specyficzny kształt nanorurki, zwany „fotelem”, jest konieczny do skręcenia ich w druty. W 2005 r. Tylko dwa procent nanorurek miało prawidłowy kształt do użycia. Jednak od 2010 r. Naukowcy z Uniwersytetu Ryżu poczynili znaczne postępy w rozwiązaniu problemu, ale nadal potrzebne były dalsze badania.