TUK fizikai szakértelmet nyújt

Elke Neu Ruffing

Csapatmagatartás, ahogyan azt például madarak és halak esetében ismerjük, inspirációként szolgál a német Kutatási Közösség (DFG) által jóváhagyott legújabb projekt kutatói számára. A "Fény és anyag kvantumkooperativitása" című, 11 millió euró támogatással rendelkező Transregio Különleges Kutatási Terület (TRR-SFB) célja, hogy megértse és kihasználja a kooperatív viselkedést a kvantumvilágban, például a szenzorok teljesítményének vagy jelérzékenységének javítására. A SFB több egyetem összekapcsolásával működik régiók között. Elke Neu-Ruffing, a Kaiserslautern Műszaki Egyetem (TUK) fiatal professzora, munkacsoportjával egy részprojektben vesz részt.

A Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) vezető szerepben működik együtt a Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) és a Saar-vidéki Egyetemmel az új TRR-SFB "QuCoLiMa" magcsapatában. A kutatók a kvantumvilág kollektív viselkedését vizsgálják. Alapként a fajok között ismert csapatmagatartás jelenségét használják – vagyis, hogy az együttműködés olyan hatásokat eredményez, amelyek meghaladják az egyéni hozzájárulások összegét. A vizsgálatok az optika és a kondenzált anyag határán lévő kölcsönhatásokat érintik. A tudósok végső célja, hogy kiderítsék, hogyan alakul ki és hogyan irányítható a kooperatív viselkedés a kvantumvilágban. Az eredményeket például a lehallgatásmentes kommunikációs technológiák, erőteljes szenzorok és számítógépek fejlesztésében kívánják alkalmazni.

"Kis számú atomhoz hasonló részecskét zárt rendszerbe, egy úgynevezett szilíciumkarbid rezonátorba helyezünk," magyarázza Neu-Ruffing. "Az általuk kibocsátott fényt többször visszaverik, ami végső soron a fény kibocsátásának szinkronizálását eredményezi. A részecskék így a fényekkel együtt kollektív rendszert alkotnak. Bár már léteztek vizsgálatok kollektív kvantumrendszerekről, ez eddig nem történt meg ebben az új anyagrendszerben. A mi megközelítésünkkel sokkal jobban megérthetjük, hogyan alakulnak ki ezek a hatások, és erre alapozhatunk."

Miközben a Kaiserslautern-i fizikus a fénnyel dolgozik, a FAU párhuzamosan kollektív részecskeként viselkedő mechanikus rezgéseket vizsgál. A Johannes Kepler Egyetem Linz pedig elméleti alapokat biztosít, és kiszámítja a fény és rezgés hatásait a zárt rendszerekben, azaz rezonátorokban.

Fontos szerepet játszik a szilíciumkarbid mint "építőanyag" a rezonátorokhoz és az atomhoz hasonló rendszerek előállításához. "Ezt a kémiai kötést platformként használjuk, hogy rendszereinket nagyon közel hozzuk a meglévő technológiákhoz. A szilíciumkarbid már széles körben alkalmazott az erőátviteli elektronikában félvezető alkatrészként," mondja Neu-Ruffing. "A jövőbeli elképzelés az, hogy eredményeink lehetővé tegyék a kvantumtechnológiák összekapcsolását a klasszikus technológiákkal."

A jövőbeli alkalmazási lehetőségek között Neu-Ruffing példaként említi a kvantumszenzorokat: "Amikor egy szenzor kvantummechanikusan viselkedik, sokkal érzékenyebb a környezetéből érkező impulzusokra," magyarázza a fizikus. "Olyan diffúz jeleket, például zajt, ezáltal sokkal jobban mérhetünk." A kollektív kvantumrendszerek közös kutatása a QuCoLiMa Transregio Különleges Kutatási Területben lehetővé teszi az ilyen potenciál kiaknázását, például a szenzorikában, valamint az információ- és kommunikációtechnika fejlődését."

Kérdésekre válaszol:
Elke Neu-Ruffing fiatal professzor
Telefon: 0631 205-5788
E-mail: nruffing@rhrk.uni-kl.de