Polsko-atomowe kontakty. Nanotechnologiczne sukcesy polskich naukowców.

W pracowniach Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (WF UW) naukowcy opracowali metody zapisu i odczytu informacji w pojedynczym atomie manganu. Przeprowadzony eksperyment może przyczynić się do budowy komputerów o ogromnych mocach obliczeniowych.

Współczesne komputery stają się coraz szybsze dzięki miniaturyzacji (liczba tranzystorów w komputerowych procesorach podwaja się mniej więcej co półtora roku), która nie może być kontynuowana w nieskończoność, ze względu na ziarnistą, atomową strukturę materii. Jednak prace prowadzone przez naukowców z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (WF UW) wykazały, że informację kwantową można z powodzeniem zapisać w pojedynczym atomie manganu, a następnie przetworzyć w nim i odczytać. „Dotarliśmy do fizycznego limitu rozmiarów elementów przetwarzających informację. Co więcej, przechowujemy ją za pomocą efektów kwantowych, które w przyszłości będzie można wykorzystać do budowy komputerów nowego typu, o wielkich mocach obliczeniowych” - informuje prof. Jan Gaj z WF UW.

Poznać atom

By dobrze przygotować się do doświadczeń na pojedynczych atomach dr. Piotr Wojnara z grupy prof. Jacka Kossuta z Instytutu Fizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie najpierw wyhodował tzw. kropki kwantowe, czyli specjalne, powstające na drodze samoorganizacji struktury półprzewodnikowe wielkości miliardowych części metra. Wykonane z tellurku kadmu, otoczonego tellurkiem cynku, są czasami nazywane „sztucznymi atomami”, ponieważ uwięzione w nich elektrony emitują światło podobnie jak w atomach, w postaci fotonów o ściśle określonych energiach. Na rosnące w próżni kropki kwantowe dr Wojnar skierował tak słabą wiązkę atomów manganu, aby na jak największej liczbie kropek osadzić po jednym atomie. Tak przygotowana płytka trafiła na Wydział Fizyki UW, gdzie naukowcy umieścili ją w optycznym układzie pomiarowym. Za jego pomocą można w kilka godzin odszukać kropki z pojedynczymi atomami manganu, dzięki emitowanym przez każdą kropkę fotonom o energiach charakterystycznych tylko dla siebie. Efekt ten pozwala fizykom wybrać jedną, konkretną kropkę kwantową i nawiązać z nią kontakt, a przez to poznać informację o stanie uwięzionych w niej elektronów.

Pierwsi na świecie

Badania będzie można prowadzić z jeszcze większą precyzją, dzięki nowym femtosekundowym laserom impulsowym, nadprzewodzącemu magnesowi wytwarzającemu pole magnetyczne silniejsze od generowanego przez magnesy działające w tunelu akceleratora LHC i strojonemu oscylatorowi optycznemu, za pomocą którego precyzyjnie dopasowuje się częstotliwość światła laserowego do częstotliwości drgań elektronu w danej kropce kwantowej. „Dzięki tak nowoczesnej aparaturze będziemy mogli kontynuować prace badawcze na najwyższym poziomie i przeprowadzać doświadczenia, których przed nami nie zrobił nikt na świecie” - podkreśla prof. Gaj.

Źródło: Narodowe Laboratorium Technologii Kwantowych