Η Αλχημεία φτάνει σε μια έκρηξη φωτός
Η ιδέα ακούγεται σαν μαγική, καθαρή και απλή. Δημιουργείτε μια δέσμη φωτός που μπορεί να κάνει τις ουσίες να εξαφανιστούν, να τους δώσει ιδιότητες που δεν θα έπρεπε να έχουν ή να τις μετατρέψει σε τέλειο μίμηση μιας άλλης ουσίας εντελώς. Είναι η αλχημεία του 21ου αιώνα, καταρχήν ικανή όχι μόνο να κάνει τον μόλυβδο να μοιάζει με χρυσό, αλλά να μετατρέπει τα συνηθισμένα υλικά σε υπεραγωγούς.
Η γενική προσέγγιση, που αναπτύχθηκε κατά τη διάρκεια δεκαετιών, είναι η χρήση προσαρμοσμένων οπτικών παλμών για την αναμόρφωση των ηλεκτρονίων των ατόμων και των μορίων. Νωρίτερα αυτό το καλοκαίρι, μια ομάδα ερευνητών στο Πανεπιστήμιο Tulane στη Νέα Ορλεάνη και οι συνεργάτες τους επέκτεινε την ιδέα. Ανακάλυψαν πώς να εφαρμόσουν τη στρατηγική παλμών σε στερεά και χύδην υλικά, ξαναγράφοντας τους συνήθεις νόμους που διέπουν τον τρόπο με τον οποίο οι ιδιότητές τους υπαγορεύονται από τη χημική τους σύνθεση και δομή. Χρησιμοποιώντας τον κβαντικό έλεγχο, είπε ο Gerard McCaul στο Tulane, "μπορείτε σχεδόν να κάνετε οτιδήποτε μοιάζει με οτιδήποτε."
Εν τω μεταξύ, άλλοι ερευνητές έχουν ήδη χρησιμοποιήσει παλμούς φωτός για να επινοήσουν την υπεραγωγιμότητα - την ικανότητα αγωγής ηλεκτρικής ενέργειας χωρίς αντίσταση - σε υλικά που διαφορετικά δεν θα συμπεριφέρονταν με αυτόν τον τρόπο.
Αλλά ίσως η πραγματική δυνατότητα της τεχνικής δεν έγκειται στο να επιτρέψει θαύματα μίμησης, αλλά στην πρόκληση άλλων ειδών μετασχηματισμού. Οι δέσμες φωτός μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία οπτικών υπολογιστών αρκετά ισχυρών για την επίλυση δύσκολων προβλημάτων όπως η παραγοντοποίηση. Οι χημικές ουσίες θα μπορούσαν να γίνουν προσωρινά και επιλεκτικά αόρατες, κάτι που θα βοηθούσε στην ανάλυση πολύπλοκων μειγμάτων. Οι θεωρητικές δυνατότητες φαίνονται περιορισμένες μόνο από τη φαντασία μας. Στην πράξη, οι περιορισμοί μπορεί να προέρχονται από το πόσο καλά μπορούμε να κατανοήσουμε και να ελέγξουμε τις αλληλεπιδράσεις φωτός και ύλης.
Ένα σχέδιο για έναν παλμό
Μετά την εφεύρεση του λέιζερ στις αρχές της δεκαετίας του 1960, πολλοί ερευνητές συνειδητοποίησαν γρήγορα ότι αυτές οι συσκευές μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τον χειρισμό μορίων, καθώς τα ηλεκτρονιακά νέφη των μορίων αισθάνονται και ανταποκρίνονται στα ηλεκτρομαγνητικά πεδία του φωτός του λέιζερ, στα οποία όλα τα κύματα ταλαντώνονται σε βήμα ( δηλαδή συνεκτικά). Αλλά για να ελέγξετε πραγματικά κάτι, πρέπει να είστε σε θέση να το ωθήσετε ή να το καθοδηγήσετε στη χρονική κλίμακα στην οποία αλλάζει η τροχιά του - κάτι που είναι πολύ γρήγορο για τα μόρια και ακόμη πιο γρήγορα για τα ηλεκτρόνια. Στην αρχή, οι παλμοί λέιζερ απλώς δεν μπορούσαν να γίνουν αρκετά σύντομοι για να προσφέρουν μια αρκετά γρήγορη ακολουθία ωθήσεων.
Στα τέλη της δεκαετίας του 1980 και στις αρχές της δεκαετίας του 1990, ωστόσο, οι διάρκειες των παλμών μειώθηκαν σε μόλις μερικά φεμτοδευτερόλεπτα (ένα φεμτοδευτερόλεπτο ισούται με 10 δευτερόλεπτα), πλησιάζοντας το χρονικό πλαίσιο των ατομικών κινήσεων. Αυτό επέτρεψε στα λέιζερ να διεγείρουν και να ανιχνεύουν αυτές τις κινήσεις επιλεκτικά. Ωστόσο, για να ελέγξουμε πραγματικά τέτοιες κινήσεις, στις αρχές της δεκαετίας του 1990, ο Herschel Rabitz, ένας χημικός στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον, και οι συνεργάτες του επεσήμαναν ότι θα χρειαζόταν διαμορφωμένους παλμούς:σύνθετες κυματομορφές που θα μπορούσαν να καθοδηγήσουν τη μοριακή συμπεριφορά σε συγκεκριμένες διαδρομές. Αυτή η τεχνολογία για τη διαμόρφωση παλμών, ευτυχώς, αναπτύχθηκε εκείνη την εποχή για τις οπτικές τηλεπικοινωνίες.
Όμως η πρόκληση είναι τεράστια. Για να ελέγξετε τη διαδρομή που ακολουθεί ένα μακροσκοπικό αντικείμενο - ένα ανεμόπτερο, ας πούμε - πρέπει να γνωρίζετε την τροχιά που θέλετε να τροποποιήσετε. Για ένα κβαντομηχανικό σύστημα, το ισοδύναμο είναι να γνωρίζουμε πώς η κβαντική κυματική του συνάρτηση εξελίσσεται στο χρόνο, η οποία καθορίζεται από μια μαθηματική συνάρτηση που ονομάζεται Hamiltonian. Και υπάρχει το τρίψιμο — σε όλα εκτός από τα πιο απλά συστήματα, όπως ένα άτομο υδρογόνου, το Hamiltonian γίνεται πολύ περίπλοκο για τους ερευνητές να υπολογίσουν ακριβώς τη δυναμική της κυματικής συνάρτησης.
Ελλείψει αυτής της γνώσης - που χρειαζόταν για τον εκ των προτέρων υπολογισμό του παλμού ελέγχου που χρειάζεστε - η μόνη εναλλακτική φαινόταν να είναι η δοκιμή και το σφάλμα:να δοκιμάσετε κάποιο αρχικό παλμό ελέγχου και μετά να τον επαναλάβετε εκτελώντας το ίδιο πείραμα ξανά και ξανά. Είναι σαν ένας πιλότος ανεμόπτερου που μαθαίνει να προσγειώνεται δοκιμάζοντας τυχαίες κινήσεις του μοχλού ελέγχου και στη συνέχεια βελτιώνοντας σταδιακά αυτές τις κινήσεις αφού δει τι λειτουργεί.
Αυτό είναι πολύ πιο περίπλοκο (αν είναι λιγότερο επικίνδυνο) για τα κβαντικά συστήματα από τα ανεμόπτερα. Η διαμόρφωση του παλμού σημαίνει προσθήκη περισσότερων συχνοτήτων. Η πρόκληση είναι να καταλάβουμε ποιος συνδυασμός συχνοτήτων χρειάζεται. «Είναι σαν πιάνο, αλλά χειρότερα, γιατί είχε περίπου 128 πλήκτρα», είπε ο Rabitz. (Σήμερα, η διαμόρφωση παλμών μπορεί να περιλαμβάνει περίπου χίλιες συνιστώσες συχνότητας.)
Τώρα ο McCaul, σε συνεργασία με τον Denys Bondar στο Tulane και τους συναδέλφους του, περιέγραψε ένα θεωρητικό σχήμα για τον εκ των προτέρων υπολογισμό του απαιτούμενου παλμού.
Στην κβαντομηχανική, μια συγκεκριμένη ιδιότητα μιας ουσίας - ηλεκτρική αγωγιμότητα, ας πούμε, ή οπτική διαφάνεια ή ανακλαστικότητα - αντιστοιχεί στον μέσο όρο ή την «τιμή προσδοκίας» μιας παρατηρήσιμης ποσότητας. Εάν έχετε την κυματική συνάρτηση μιας ουσίας και γνωρίζετε τι είδους παλμό φωτός χρησιμοποιείτε, μπορείτε να προβλέψετε το αποτέλεσμα - την τιμή προσδοκίας - που θα λάβετε.
Η ομάδα του Bondar αντιστρέφει το πρόβλημα:Ξεκινάτε με το αποτέλεσμα που θέλετε να επιτύχετε (την τιμή προσδοκίας) και υπολογίζετε τον παλμό φωτός που θα το παράγει. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει επίσης να γνωρίζετε την κυματική συνάρτηση του συστήματος, ή ισοδύναμα τη Χαμιλτονιανή του — κάτι που γενικά δεν γνωρίζετε. Αλλά αυτό είναι εντάξει, εφόσον μπορείτε να προσδιορίσετε μια αρκετά καλή προσέγγιση:ένα είδος κυματικής συνάρτησης «παιχνιδιού» που πλησιάζει αρκετά στην καταγραφή των σημαντικών χαρακτηριστικών της πραγματικής.
Με αυτόν τον τρόπο, οι ερευνητές κατάλαβαν πώς να επεκτείνουν τις μεθόδους από μικρές συλλογές μορίων, όπου υπάρχουν μόνο λίγα ηλεκτρόνια για έλεγχο, σε μεγάλα, ογκώδη στερεά με μια ολόκληρη θάλασσα ηλεκτρονίων. «Βλέπουμε το σύστημα ως ένα σύννεφο ηλεκτρονίων και αρχίζουμε να παραμορφώνουμε το σύννεφο», είπε ο Bondar. Ο παλμός ελέγχου δημιουργεί ένα είδος διαδρομής που πρέπει να ακολουθήσουν τα ηλεκτρόνια, επομένως η προσέγγιση ονομάζεται έλεγχος παρακολούθησης.
Ο Christian Arenz, ένας θεωρητικός χημικός στην ομάδα του Rabitz στο Πρίνστον, ο οποίος συνεργάζεται με την ομάδα του Bondar, εξήγησε ότι αυτή η προσέγγιση διευκολύνει την εύρεση του σωστού πεδίου ελέγχου για τον χειρισμό των ιδιοτήτων μιας ουσίας. Προηγουμένως, ο σχεδιασμός του πεδίου ελέγχου ήταν θέμα σταδιακής, επαναλαμβανόμενης βελτίωσης, αλλά η προσέγγιση παρακολούθησης καθιερώνει «μια νέα οδό για τον έλεγχο των συστημάτων πολλών σωμάτων», είπε ο Arenz. "Πιστεύω ότι αυτή η εργασία θα εμπνεύσει σε μεγάλο βαθμό τις μελλοντικές μεθόδους ελέγχου."
Για να αναδιαμορφώσετε ένα στερεό
Μεγάλο μέρος της πρώιμης εργασίας για τον κβαντικό συνεκτικό έλεγχο επικεντρώθηκε (κυριολεκτικά) στην πρόκληση σαφώς καθορισμένων αλλαγών σε μεμονωμένα μόρια - για παράδειγμα, στην επιλεκτική άντληση ενέργειας σε έναν δεδομένο χημικό δεσμό για να τον κάνει να δονείται στο σημείο θραύσης και ίσως έτσι στον έλεγχο της πορείας ενός χημική αντίδραση. Αλλά ο χειρισμός πολλών ηλεκτρονίων με συνοχή ταυτόχρονα σε ένα υλικό είναι μια πιο σκληρή πρόκληση.
Όταν τα άτομα ενώνονται σε στερεά, τα εξωτερικά κελύφη ηλεκτρονίων των γειτόνων επικαλύπτονται και σχηματίζουν «ζώνες» που εκτείνονται σε όλο το υλικό. Οι ηλεκτρονικές και οπτικές ιδιότητες εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά αυτών των ζωνών. Στα μέταλλα, για παράδειγμα, τα ηλεκτρόνια με τις υψηλότερες ενέργειες καταλαμβάνουν μια ζώνη που δεν είναι γεμάτη, έτσι τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινηθούν σε όλο το ατομικό πλέγμα, επιτρέποντας στο υλικό να άγει ηλεκτρισμό. Σε ένα μονωτικό υλικό, εν τω μεταξύ, η ζώνη υψηλότερης ενέργειας που καταλαμβάνεται από τα ηλεκτρόνια είναι πλήρως γεμάτη, επομένως δεν υπάρχουν «χώροι» για να μετακινηθούν αυτά τα ηλεκτρόνια. Παραμένουν εντοπισμένα στα άτομά τους και το υλικό δεν αγώγεται.
Πιο εξωτικοί τύποι ηλεκτρονικής συμπεριφοράς μπορεί να προκύψουν από κβαντομηχανικά φαινόμενα που κάνουν τις κινήσεις των ηλεκτρονίων αλληλοεξαρτώμενες (δηλαδή, συσχετισμένες), όπως η κίνηση ομάδων ανθρώπων σε ένα πλήθος. Στους συμβατικούς υπεραγωγούς, για παράδειγμα, τα ηλεκτρόνια με την υψηλότερη ενέργεια σχηματίζουν συσχετισμένα ζεύγη (που ονομάζονται ζεύγη Cooper) που κινούνται συγχρονισμένα, παρόλο που τα δύο ηλεκτρόνια μπορεί να απέχουν κάποια απόσταση μεταξύ τους - όπως ένα άτομο που κυνηγά ένα άλλο μέσα σε ένα πλήθος. Αυτά τα ζεύγη Cooper συμπεριφέρονται όλα πανομοιότυπα, δίνοντάς τους μια ασταμάτητη ορμή που επιτρέπει σε έναν υπεραγωγό να μεταφέρει ηλεκτρισμό χωρίς αντίσταση. Είναι σαν τα ηλεκτρόνια να μην παρατηρούν πλέον το υποκείμενο πλέγμα των ατομικών πυρήνων.
Αλλά ποια είδη υλικών δημιουργούν τέτοιες ιδιότητες; Συνήθως για να τα βρείτε πρέπει να πάτε για ψάρεμα στη θάλασσα των μεταθέσεων διαφορετικών στοιχείων. Αυτό είναι πολύ αργό και απαιτεί εργασία — δείτε τον τεράστιο χρόνο και την προσπάθεια που δαπανάται για την ανάπτυξη νέων υπεραγώγιμων υλικών.
Φανταστείτε, ωστόσο, ότι είναι δυνατό να επικαλεστείτε μια επιθυμητή ιδιότητα σε περισσότερο ή λιγότερο οποιοδήποτε υλικό χρησιμοποιώντας παλμούς φωτός για να αναδιαμορφώσετε τον τρόπο με τον οποίο κατανέμονται τα ηλεκτρόνια. Σύμφωνα με αυτήν την άποψη, η δομή της ζώνης ηλεκτρονίων δεν είναι κάτι που καθορίζεται από το ίδιο το υλικό:Οι ταινίες, αντίθετα, γίνονται ένα είδος στόκου που μπορεί να διαμορφωθεί σε όποια μορφή επιθυμείτε. Βρείτε τον σωστό παλμό ελέγχου και ίσως μπορέσετε να ενώσετε μια διάταξη κινητών ηλεκτρονίων σε ζεύγη Cooper, ας πούμε, και έτσι να φτιάξετε έναν υπεραγωγό, ίσως από κάποια ταπεινή ουσία όπως ο σίδηρος ή ο χαλκός, υπό συνθήκες στις οποίες διαφορετικά θα ήταν αδύνατο.
Αυτή η ιδέα της χρήσης διαμορφωμένων παλμών λέιζερ για τον προσδιορισμό και τον έλεγχο των ιδιοτήτων των υλικών έχει ήδη αποδώσει καρπούς. Για παράδειγμα, οι ερευνητές το έχουν χρησιμοποιήσει για να αλλάξουν υλικά μεταξύ μονωτικής και μεταλλικής συμπεριφοράς, να ελέγξουν τις μαγνητικές ιδιότητες και να ενεργοποιήσουν την υπεραγωγιμότητα. Η γενική ιδέα είναι ότι οι παλμοί φωτός ανακατανέμουν τα ηλεκτρόνια μεταξύ των ενεργειακών ζωνών με τρόπο που οδηγεί την ισορροπία μεταξύ μιας φάσης του συστήματος και μιας άλλης - μεταξύ ενός μετάλλου και ενός μονωτή, ας πούμε. Με αυτόν τον τρόπο, οι ερευνητές παρήγαγαν υπεραγωγιμότητα σε θερμοκρασίες δεκάδες μοίρες πάνω από τα παγωμένα άκρα που συνήθως χρειάζονται.
Ωστόσο, παρά την πρώιμη υπόσχεσή της, οι ερευνητές προειδοποιούν ότι η πειραματική εργασία μόλις βρίσκεται σε εξέλιξη. «Η μεταφορά αυτής της έρευνας στον τομέα των εκτεταμένων στερεών, ειδικά με την παρουσία ισχυρών φαινομένων συσχέτισης [ηλεκτρονίων], είναι πολύ στα σπάργανά της», δήλωσε ο George Booth, θεωρητικός φυσικός στο King’s College του Λονδίνου που συνεργάζεται με την ομάδα του Bondar. Μένει να δούμε, προειδοποίησε ο Arenz, σε ποιο βαθμό οι υπολογισμοί τους για απλά μοντέλα υλικών «μπορούν να γενικευθούν σε άλλα φαινόμενα και συστήματα».
Και ανεξάρτητα από το πόσο επιτυχημένη είναι η στρατηγική, αυτές οι τροποποιημένες ιδιότητες θα διατηρηθούν μόνο όσο εφαρμόζετε τον παλμό ελέγχου. Η αναμορφωμένη ηλεκτρονική δομή δεν θα μείνει στη θέση της από μόνη της, όπως ένα κομμάτι ελαστικό δεν θα παραμείνει τεντωμένο αν δεν συνεχίσετε να τραβάτε. Αλλά για ορισμένες εφαρμογές — σε ηλεκτρονικές συσκευές, ας πούμε — αυτό μπορεί να μην έχει σημασία:Ίσως μπορείτε να «γράψετε» τις επιθυμητές ιδιότητες στο υλικό μόνο τη στιγμή που τις χρειάζονται.
Ό,τι μπορεί να είναι
Μπορεί να αντιταχθείτε ότι η προσέγγιση δημιουργεί μόνο επιφανειακό μιμητισμό - με τον τρόπο που ορισμένοι αλχημιστές ισχυρίστηκαν ότι «έκαναν χρυσό» εφαρμόζοντας κάποια επιφανειακή επεξεργασία σε άλλο μέταλλο που προκάλεσε χημικές αντιδράσεις για να δώσει στο μέταλλο μια χρυσή λάμψη. Αυτό δεν ήταν χρυσός με την πραγματική έννοια.
Ο Bondar διαφωνεί:Ο οπτικά επαγόμενος μετασχηματισμός, είπε, «είναι πραγματικά θεμελιώδης, στην πραγματικότητα». Για να προκαλέσετε έναν τύπο ατόμου αλκαλιμετάλλου (όπως το νάτριο) να μιμείται οπτικά έναν άλλο (όπως το ρουβίδιο), πρέπει να χρησιμοποιήσετε τη δέσμη ελέγχου για να χειριστείτε τη διπολική ροπή των ατόμων — τον ανομοιόμορφο τρόπο με τον οποίο το ηλεκτρικό φορτίο κάθε ατόμου κατανέμεται στο διάστημα, το οποίο καθορίζει τις αλληλεπιδράσεις του με τα ηλεκτρικά πεδία φωτός. "Η διπολική στιγμή επηρεάζει άλλα πράγματα - συμπεριλαμβανομένων ορισμένων χημικών ιδιοτήτων", είπε ο Bondar. Η μεταμόρφωση πηγαίνει πιο βαθιά από την απλή εμφάνιση.
Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι οι επίδοξοι αλχημιστές λέιζερ θα έχουν τη δυνατότητα να μετατρέψουν οποιαδήποτε ουσία σε οτιδήποτε άλλο. Ο Michael Först, φυσικός στο Ινστιτούτο Max Planck για τη Δομή και τη Δυναμική της Ύλης στο Αμβούργο της Γερμανίας, πιστεύει ότι είναι εφικτό μόνο να προκληθούν συμπεριφορές που δυνητικά υπάρχουν ήδη στο υλικό υπό ορισμένες συνθήκες. «Δεν μπορούμε να μιμηθούμε την απάντηση ενός υλικού αν δεν υπάρχει καθόλου», είπε. "Πρέπει να υπάρχει κάτι στις ιδιότητες ισορροπίας - ίσως σε διαφορετική θερμοκρασία ή πίεση ή σε μαγνητικό πεδίο, ας πούμε - όπου το υλικό έχει ήδη την ιδιότητα που αναζητάτε."
Έτσι, αντί να μετατρέψουν τον μόλυβδο σε χρυσό, οι ερευνητές ξυπνούν μια συγκεκριμένη αντίδραση που μοιάζει με χρυσό από κάτι που είναι και παραμένει πάντα μόλυβδος. Η επαγόμενη από το φως υπεραγωγιμότητα, λοιπόν - την οποία ο Först έχει μελετήσει πειραματικά - δεν είναι θέμα δημιουργίας υπεραγωγιμότητας από το μηδέν, αλλά επιτρέποντάς της σε υψηλότερες θερμοκρασίες από ό,τι θα ήταν διαφορετικά. «Ο συνεκτικός παλμός ελέγχου μας απλώς τον ξυπνά», είπε. Ο συνεργάτης του Först Michele Buzzi στο Ινστιτούτο Max Planck συμφωνεί. "Μπορείτε να έχετε πρόσβαση σε πολύ φανταχτερές καταστάσεις χρησιμοποιώντας την οδήγηση, αλλά δεν θα έφτανα τόσο μακριά ώστε να λέω ότι μπορείτε να πάρετε ένα υλικό και να το κάνετε κάτι εντελώς διαφορετικό."
Εάν ναι, πόσο μακριά φτάνει στην πραγματικότητα ο μετασχηματισμός που προκαλείται από το φως; Φτιάχνεις πραγματικά ζεύγη Cooper σε τέτοιο υπεραγωγό; Αυτό δεν είναι ακόμη απολύτως σαφές. Ο Buzzi πιστεύει ότι στα πειράματά τους «συγχρονίζουμε ζεύγη Cooper αντί να τα δημιουργούμε για αρχή» - δηλαδή, επιτρέποντάς τους να ενεργούν με συντονισμένο τρόπο για να παράγουν την υπεραγώγιμη κατάσταση. "Αλλά δεν είμαστε απολύτως σίγουροι για αυτό", είπε.
Η Christiane Koch του Ελεύθερου Πανεπιστημίου του Βερολίνου, η οποία εργάζεται σε μεθόδους κβαντικού ελέγχου για συστήματα πολλών σωματιδίων, πιστεύει ότι για να αλλάξει πραγματικά το υλικό σε θεμελιώδες επίπεδο, αντί να μιμηθεί επιφανειακά μια συγκεκριμένη απάντηση, οι ερευνητές θα πρέπει να σκάψουν πολύ βαθιά μέσα στα σύννεφα ηλεκτρονίων. Αυτό θα απαιτήσει πολύ έντονες δέσμες ελέγχου, έτσι ώστε οι δυνάμεις των εμπλεκόμενων ηλεκτρομαγνητικών πεδίων να συναγωνίζονται τις εσωτερικές δυνάμεις που διαμορφώνουν την εγγενή ηλεκτρονική δομή. Ίσως μπορεί να γίνει, είπε — αλλά όχι εύκολα.
Διαλύοντας τα δύσκολα προβλήματα
Ορισμένες πιθανές χρήσεις του κβαντικού συνεκτικού ελέγχου δεν εξαρτώνται από τη μίμηση, αλλά ανταλλάσσονται από τον τρόπο που συνδυάζει το φως και την ύλη με «σχεδιασμένο» τρόπο. Μια τέτοια χρήση είναι ο οπτικός υπολογιστής. Οι δέσμες φωτός είναι καταρχήν σπουδαίοι φορείς πληροφοριών για υπολογιστές, είπε ο Bondar, κυρίως επειδή μπορείτε να στριμώξετε πολλές πληροφορίες σε αυτές χρησιμοποιώντας πολλά μήκη κύματος ταυτόχρονα. Αλλά το θεμελιώδες πρόβλημα είναι ότι είναι δύσκολο να πάρεις δύο ή περισσότερες δέσμες για να μιλήσουν μεταξύ τους. Σε αντίθεση με τα ηλεκτρόνια, ο Bondar είπε, «το φως μισεί να αλληλεπιδρά με το φως».
Το σχήμα ελέγχου παρακολούθησης του Bondar δείχνει πώς θα μπορούσε να επιτευχθεί αυτή η σύζευξη:με ένα κομμάτι ύλης, κατ' αρχήν τόσο μικρό όσο ένα άτομο, το οποίο χειρίζεται μια δέσμη ελέγχου. Στη συνέχεια, μια δεύτερη δέσμη που περιέχει εισερχόμενα δεδομένα αλληλεπιδρά με την ύλη. Η αλληλεπίδραση μετασχηματίζει τα δεδομένα για να πραγματοποιήσει έναν υπολογισμό. "Αυτό ανοίγει το δρόμο για υπολογιστές ενός ατόμου", είπε ο Bondar.
Το πιο εντυπωσιακό είναι ότι μπορεί να είναι δυνατή η χρήση αυτής της οπτικής προσέγγισης για την επίλυση δύσκολων προβλημάτων όπως η παραγοντοποίηση πολύ πιο γρήγορα από ό,τι οι κλασσικοί ηλεκτρονικοί υπολογιστές. Οι Bondar και McCaul πιστεύουν ότι θα πρέπει να είναι δυνατό να εφαρμοστεί ένας αλγόριθμος κβαντικής παραγοντοποίησης που ονομάζεται αλγόριθμος Shor, ένας από τους πρώτους που προτάθηκαν για κβαντικούς υπολογιστές, χρησιμοποιώντας ό,τι ισοδυναμεί με κλασική οπτική. "Είναι πολύ νωρίς για να βάλουμε τους κλασικούς υπολογιστές στο σκουπιδότοπο της ιστορίας", είπε ο Bondar.
Ο McCaul ελπίζει επίσης να χρησιμοποιήσει τον έλεγχο παρακολούθησης για να αναλύσει πολύπλοκα χημικά μείγματα - ένα πρόβλημα που αντιμετωπίζεται συχνά, για παράδειγμα, στην ανακάλυψη φαρμάκων. Πες ότι έχεις ένα μεγάλο μείγμα διαφορετικών χημικών ουσιών, είπε. Εάν γνωρίζετε το φάσμα κάθε συστατικού - πώς απορροφά φως διαφορετικών συχνοτήτων για να δημιουργήσει μια χαρακτηριστική υπογραφή - τότε μπορείτε να υπολογίσετε ποιες ενώσεις υπάρχουν στο μείγμα. «Αλλά τα φάσματα μπορεί συχνά να είναι παρόμοια μεταξύ τους, και έτσι γίνεται πολύ δύσκολο αν υπάρχουν πολλά στοιχεία», είπε ο McCaul. Ο έλεγχος παρακολούθησης θα μπορούσε να επιτρέψει στους ερευνητές να «απενεργοποιήσουν την οπτική απόκριση κάθε είδους ένα κάθε φορά», είπε, καθιστώντας τα επιλεκτικά αόρατα. Ο McCaul έχει δείξει ότι κατ' αρχήν αυτό θα μπορούσε να ενισχύσει τη διάκριση μεταξύ διαφορετικών χημικών ουσιών κατά τάξεις μεγέθους.
Προσθέστε λοιπόν την αορατότητα στα επιτεύγματα της οπτικής αλχημείας που μπορεί να γίνουν δυνατά με τον έλεγχο παρακολούθησης. Θεωρητικά τουλάχιστον, μας δείχνει ότι, ιδωμένο υπό το σωστό φως, τίποτα δεν μπορεί να είναι όπως φαίνεται.
Αυτό το άρθρο ανατυπώθηκε στο Wired.com.
