TUK wnosi wiedzę ekspercką z zakresu fizyki

Elke Neu Ruffing

Zachowania zbiorowe, takie jak te, które znamy na przykład od ptaków i ryb, służą jako inspiracja dla badaczy w niedawnym projekcie zatwierdzonym przez Niemiecką Fundację Badawczą (DFG). Celem specjalnego obszaru badawczego (TRR-SFB) "Kooperatywność kwantowa światła i materii", finansowanego kwotą 11 mln euro, jest zrozumienie i wykorzystanie kooperatywnego zachowania w świecie kwantowym, aby ostatecznie na przykład poprawić wydajność lub czułość sygnałową sensorów. W ramach SFB współpracuje kilka uniwersytetów na różnych obszarach. Jun.-Prof. Elke Neu-Ruffing z TU Kaiserslautern (TUK) jest zaangażowana w jeden z projektów.

Uniwersytet Erlangen-Nürnberg (FAU) pełni wiodącą rolę w tworzeniu zespołu głównego razem z Uniwersytetem Johannes Gutenberg w Mainz (JGU) oraz Uniwersytetem Saarlandu w nowym TRR-SFB „QuCoLiMa”. Badacze badają zachowania kolektywne w świecie kwantowym. Podstawą jest zjawisko znane ze świata zwierząt – zachowania zbiorowego, czyli efekt synergii, który wykracza poza sumę działań poszczególnych jednostek. Przedmiotem badań są oddziaływania na styku optyki kwantowej i materii skondensowanej. Naukowcy chcą w ramach TRR-SFB ostatecznie ustalić, czy i jak powstaje kooperatywne zachowanie w świecie kwantowym i jak można je kontrolować. Wyniki mają znaleźć zastosowanie m.in. w technologii komunikacji niepodsłuchiwanej, wysokowydajnych sensorach i komputerach.

„Wprowadzamy niewielką liczbę cząstek podobnych do atomów do zamkniętego układu, tzw. rezonatora z węglanu krzemu” – wyjaśnia Neu-Ruffing. „Światło emitowane przez te cząstki jest wielokrotnie odbijane z powrotem do nich, co ostatecznie prowadzi do synchronizacji emisji światła. Cząstki tworzą w ten sposób wraz ze światłem system kolektywny. Badania nad kolektywnymi systemami kwantowymi już były prowadzone, ale nigdy wcześniej w tym nowym systemie materiałowym. Dzięki naszemu podejściu możemy znacznie lepiej zrozumieć, jak te efekty powstają i na nich się opierać.”

Podczas gdy fizyczka z Kaiserslautern pracuje z światłem, FAU równolegle bada zachowania kolektywne cząstek w związku z drganiami mechanicznymi. Uniwersytet Keplera w Linz zapewnia teoretyczne podstawy i oblicza wpływ światła i drgań w zamkniętych układach, czyli rezonatorach.

Ważną rolę odgrywa w tym wszystkim węglan krzemu jako „materiał budulcowy” dla rezonatorów i do tworzenia systemów podobnych do atomów. „Używamy tego związku chemicznego jako platformy, aby nasze systemy były bardzo bliskie istniejącej technologii” – mówi Neu-Ruffing. „W dzisiejszych czasach w elektronice wysokiej wydajności szerokie zastosowanie znajduje w formie układów półprzewodnikowych z węglanu krzemu”. „Naszą wizją jest to, aby nasze odkrycia umożliwiły połączenie technologii kwantowych z technologiami klasycznymi.”

Jeśli chodzi o przyszłe scenariusze zastosowań, Neu-Ruffing wymienia czujniki kwantowe jako przykład: „Gdy sensor zachowuje się kwantowo, jest znacznie bardziej wrażliwy na impulsy pochodzące z otoczenia” – wyjaśnia fizyczka. „Rozproszone sygnały, takie jak szum, można dzięki temu znacznie lepiej zmierzyć.” Wspólne badania nad kolektywnymi systemami kwantowymi w ramach specjalnego obszaru badawczego QuCoLiMa mają na celu umożliwienie wykorzystania takiego potencjału np. w sensorystyce oraz postępów w technologii informacyjnej i komunikacyjnej.

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