Vad är ett Quantum Mirage?

Idag kan MP3-spelare som är mindre än en bok med matchningar innehålla två gigabyte information - tillräckligt med utrymme för cirka 500 låtar. När det gäller kapaciteter, kraft, hastighet och energieffektivitet som är möjliga att packa in i en mobiltelefon eller en bärbar dator, är ett fenomen som kallas kvantmagasin att ytan kanske bara har repats hittills. I huvudsak är kvantmagasin ett fenomen som antyder att data kan överföras utan konventionella ledningar.

År 1993 upptäckte IBM-forskare begreppet kvantavverkning. Denna upptäckt kan betraktas som en vändpunkt i nanoteknologins historia, även när integrerade kretsar närmar sig deras gräns för miniatyrisering. Så avancerad som den här tekniken har blivit beror på något som uppfanns på 1800-talet - ledningar. Så småningom blir trådarna för små för ett effektivt flöde av elektroner och anslutningen svingar ut.

Dessa forskare på IBM tror att kvantavverkning kan leda till skapandet av kretsar på atomär skala. I stället för att strömma genom ledningar, rider information i denna atomkrets en våg i ett hav av elektroner.

Ett team hos IBM, under ledning av Don Eigler, inrättade ett experiment för att demonstrera kvantavverkning i aktion. Med hjälp av ett skannings-, tunnelmikroskop monterade de en ellips med en diameter som var 5000 gånger mindre än hos ett människohår. Ellipsen bildades av ett halsband med 36 koboltatomer på ytan av en kopparkristall kyld till fyra grader över absolut noll.

De använde en ellips eftersom den som geometrisk form har de som kallas fokuspunkter i varje ände av dess långa axel. Om du ritar en linje från en fokuspunkt till någon punkt på ellipsen, sedan över till motsatt fokuspunkt, kommer avståndet alltid att vara detsamma.

De använde koppar eftersom det är icke-magnetiska och koboltatomer är magnetiska. De sätter koppar i en djupfrysning eftersom när det är så kallt producerar elektronerna i kopparen en resonans som kallas Kondo-effekten när en koboltatom kommer i kontakt med dem. Kondo-effekten är uppfattningen att elektriskt motstånd avviker när temperaturen är nära 0 Kelvin.

Ellipsen av koboltatomer bildade en korral innehållande elektroner från kopparkristallen. Som förväntat, när IBM-forskarna använde skanningen, tunnlade mikroskop för att placera en atom i ellipsen såg de Kondo-effekten. Men när de flyttade koboltatomen till en av fokuspunkterna på ellipsen, dök Kondo-effekten vid den andra fokuspunkten.

I grund och botten resonans som skapades av den magnetiska koboltatomen som interagerar med de icke-magnetiska kopparelektronerna en våg genom elektronerna i kobolthalsbandet till den andra fokuspunkten. Allt detta trots att en atom inte fanns där. Forskarna kallade denna effekt kvantmagasin.

IBM-forskare teoretiserar att kvantmagasin kan drivas på sätt som liknar fokusljus med linser eller ljud med parabola reflektorer. Men tekniken har en lång väg att gå. Att stränga ihop ett halsband av atomer med en skanning, tunnlingmikroskop tar mycket tid och energi. Men om processen kan påskyndas och förfinas, föreställ dig bara, en dag kan människor kunna lagra 10 000 låtar i en mikroskopisk MP3-spelare som är implanterad i det inre örat. Varför inte? Med fenomen som kvantmagasin som finns i universum är allt möjligt.