Českí vedci žnú úspech za úspechom. Po nedávnom prvom priamom pozorovaní javu menšieho ako atóm, vytvoreniu revolučnej, lacnej a najmä nehorľavej batérie, dokázali českí fyzici „pohnúť“ kvázičasticu známu ako solitón. Na tému upozornila AV ČR na svojom webe.

Čo sú solitóny?

Ako samotný názov napovedá, kvázičastice sú entity podobné časticiam, ktoré sa líšia od elementárnych častíc ako sú napríklad kvarky. Čo sa týka pevných látok, tu je pojem kvázičastica spojený najmä s elektrónmi, ktorých energia je zmenená interakciou s okolitou hmotou, alebo poľom.

Solitón si v klasickej fyzike môžeme predstaviť ako stabilnú vlnu, ktorá si zachováva svoj tvar, zatiaľ čo sa v materiáli šíri konštantnou rýchlosťou – teda bez straty energie, alebo amplitúdy. Konkrétne sa táto kvázičastica spája s elektrónom a je viazaná k určitej poruche usporiadania atómov. Takáto štrukturálna porucha s viazaným elektrónom sa potom pohybuje materiálom bez straty energie.

Solitóny však nie sú dôležité len pre klasickú fyziku, ale aj pre tú kvantovú. Poznávanie týchto kvázičastíc má totiž obrovský význam napríklad pre pochopenie chovania vodivých polymérov. V roku 2000 si dokonca objav a rozvoj vodivých polymérov vyslúžil Nobelovu cenu za chémiu.

Keď už sme pri polyméroch, nedávno sa odborníkom z MIT podarilo vytvoriť 2D materiál, ktorý je ľahký ako plast, ale pevnejší než oceľ, pričom jeho základom sú 2D listy z polymérov.

Kvantové počítače na dosah ruky

Využitie solitónov však nekončí pri vodivých polyméroch. Obzvlášť zaujímavé sa javí aj ich uplatnenie pri konštrukcii kvantových počítačov. Na to ale, aby túto technológiu dokázali posunúť úplne do nových rozmerov, je najskôr potrebné, aby sme ich dokázali ovládať.

Presnejšie by sme poterbovali solitóny „kontrolovane vytvárať, rušiť a pohybovať s nimi“. To však až doteraz nebolo možné.

Všetko však zmenila nová štúdia publikovaná v periodiku Nature Nanotechnology, kde tím vedcov z Fyzikálneho ústavu AV ČR v spolupráci s ich kórejskými kolegami „úspešne realizoval pokusy vytvárania a rušenia solitónov  s neceločíselným nábojom“.

Vzhľadom na to, že solitóny s neceločíselným nábojom sú pre kvantové informačné technológie oveľa zaujímavejšie a perspektívnejšie, ako ich príbuzní s jedným elektrónom, tím odborníkov pod vedením Pavla Jelínka sa zameral práve na takéto solitóny.

 „Neceločíselný náboj výrazne uľahčuje ich mobilitu a umožňuje dlhšiu životnosť, ktorá je nevyhnutnou podmienkou pre kvantové počítanie,“ uvádza sa v tlačovej správe.

Ako ďalej objasňuje Jelínek, „pri štúdiu atomárnej štruktúry kremíkových retiazok dekorovaných zlatom sme v rastrovacom mikroskope zaznamenali pravidelné zmeny usporiadania atómov. Toto pozorovanie nás priviedlo na možnosť ovládania solitónov.“

Výskum by podľa slov Pavla Cejnara z Matematicko-fyzikálnej fakulty Karlovej univerzity spolu s ďalším pokrokom v riadenej manipulácii s najrôznejšími kvantovými objektmi mal viesť k „veku kvantovej informatiky, kedy podivnosti kvantového sveta budú slúžiť k efektívnejším výpočtovým a simulačným postupom a k pokročilým technikám komunikácie.“