TUK přináší odborné znalosti z fyziky

Každá nová Ruffing

Chování hejn, jaké známe například od ptáků a ryb, slouží jako inspirace pro vědce v nedávno schváleném projektu Německou výzkumnou společností (DFG). Cílem transregiálního speciálního výzkumného úseku (TRR-SFB) „Kvantová kooperativita světla a hmoty“, který je financován částkou 11 milionů eur, je pochopit a využít kooperativní chování v kvantovém světě, například ke zlepšení výkonu nebo citlivosti senzorů. V rámci SFB se propojují přeshraničně různé univerzity. Jun.-Prof. Elke Neu-Ruffing z TU Kaiserslautern (TUK) je s její výzkumnou skupinou zapojena do jednoho dílčího projektu.

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) tvoří v čele společně s Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) a Universität des Saarlandes jádrový tým v novém TRR-SFB „QuCoLiMa“. Vědci zkoumají kolektivní chování v kvantovém světě. Základem je fenomén známý z živočišné říše – tedy že spolupráce vytváří účinky přesahující součet jednotlivých příspěvků. Předmětem zkoumání jsou vzájemné interakce na rozhraní kvantové optiky a kondenzované hmoty. Vědci v rámci TRR-SFB nakonec chtějí zjistit, zda a jak se v kvantovém světě vytváří kooperativní chování a jak jej lze řídit. Získané poznatky by měly být využity například v oblasti odposlechově bezpečné komunikace, výkonných senzorů a počítačů.

„Vnášíme do uzavřeného systému, tzv. resonátoru ze siliciu karbidu, malý počet atomově podobných částic,“ vysvětluje Neu-Ruffing. „Světlo, které tyto částice emitují, je opakovaně vraceno zpět k nim, což nakonec vede ke synchronizovanému vyzařování světla. Částice tak spolu s tímto světlem tvoří kolektivní systém. Výzkumy kolektivních kvantových systémů již existovaly, ale nikdy v tomto novém materiálovém systému. S naším přístupem můžeme mnohem lépe pochopit, jak tyto efekty vznikají a na nich stavět.“

Zatímco fyzička z Kaiserslauternu pracuje se světlem, FAU paralelně zkoumá kolektivní chování částic v souvislosti s mechanickými kmitáními. Johannes Kepler Universität Linz zajišťuje teoretickou podporu a vypočítává dopady světla a kmitání v uzavřených systémech či resonátorech.

Významnou roli hraje silikonkarbid jako „stavební materiál“ pro resonátory a pro vytváření atomově podobných systémů. „Tuto chemickou sloučeninu využíváme jako platformu, která je velmi blízko existující technice. Siliciumkarbid se dnes široce používá ve výkonové elektronice ve formě polovodičových součástek,“ vysvětluje Neu-Ruffing. „Naší vizí je, že naše poznatky umožní propojení kvantových technologií s klasickými technologiemi.“

Pokud jde o budoucí scénáře použití, uvádí Neu-Ruffing jako příklad kvantové senzory: „Když se senzor chová kvantově, je mnohem citlivější na přicházející impulzy z okolí,“ vysvětluje fyzička. „Rozptýlené signály, například šum, lze takto například mnohem lépe měřit.“ Společný výzkum kolektivních kvantových systémů v rámci transregiálního speciálního výzkumného úseku QuCoLiMa má položit základy pro uvolnění takového potenciálu například v senzorech a umožnit pokrok v informačních a komunikačních technologiích.

Otázky zodpovídá:
Jun.-Prof. Elke Neu-Ruffing
Tel.: 0631 205-5788
E-mail: nruffing@rhrk.uni-kl.de