kvantová fyzika

Vědci z Louisiany vyvinuli nový kvantový materiál, který funguje při pokojové teplotě. Tento materiál je tvořený tenkou vrstvou zlata s mikroskopickými vzory na skleněném čipu. Klíčovou roli hrají fotony, které umožňují překonat tepelné rušení na atomární úrovni. Materiál, nazývaný plasmonický metakrystal, umožňuje transport kvantových stavů světla bez nutnosti chlazení na extrémně nízké teploty. Výzkum otevírá dveře pro praktické použití v kvantových technologiích, jako jsou kvantové komunikační sítě.

Nová studie odhalila, že světlo může zpomalit pohyb uhlíkových nanotrubic v kapalině. Při vystavení světlu se vytvoří kvantové tření, což snižuje difuzní konstantu částic. Výzkum ukazuje, že s vyšší intenzitou světla se snižuje rychlost pohybu, což je spojeno s unikátními elektronickými excitacemi. Tento efekt mizí, pokud jsou excitony v nanotrubicích zpomaleny. Výzkum otevírá nové možnosti v materiálových vědách a nanotechnologiích, včetně kontroly tření pomocí světla.

Holubi byli už tisíce let využíváni pro svou schopnost navigace na velké vzdálenosti. Nedávný výzkum ukazuje, že za jejich přesným orientačním smyslem mohou stát játra se zvláštními bílými krvinkami, které obsahují železo. Tyto makrofágy mají kvantovou vlastnost zvanou superparamagnetismus, což možná funguje jako ‚jehla‘ v jejich vnitřním kompasu. Experimenty ukázaly, že holubi, u nichž byly tyto buňky deaktivovány, se za zatažených podmínek ztratili. Naopak za slunečného dne byli schopni se bezpečně vrátit domů. Tento objev by mohl změnit naše chápání živočišné navigace.

Vědci objevili nový stav hmoty, který byl původně považován za kvantovou spinovou kapalinu (QSL). Materiál cerium hořečnatý hexaluminát (CeMgAl11O19) vykazuje neobvyklé vlastnosti, které byly mylně přičítány QSL. Tyto výsledky mění pohled na hodnocení kandidátů na QSL. Objev je významný pro kvantové počítače, které by mohly díky QSL zlepšit stabilitu a výkon. Přestože CeMgAl11O19 není QSL, jeho vlastnosti mohou pomoci v dalším bádání ve fyzice. Výzkum zveřejněn v Science Advances.

Kvantové baterie slibují revoluci díky využití kvantové fyziky, což by mohlo umožnit téměř okamžité nabíjení zařízení. Prototyp kvantové baterie ukazuje, že při kolektivním nabíjení se doba nabíjení dramaticky zkracuje. První funkční prototypy byly vyvinuty CSIRO ve spolupráci s dalšími institucemi. Přestože současná kapacita baterií je stále nízká, představují potenciální řešení pro kvantové počítače. Výzkum se zaměřuje na zvýšení kapacity a prodloužení doby uchování energie.

Vědci z Univerzity ve Vídni a Univerzity v Duisburgu-Essenu zaznamenali dosud největší objekt, který se chová jako kvantová vlna. Jde o shluk sodíkových atomů o velikosti přibližně 8 nanometrů a hmotnosti až 200 000 atomových hmotnostních jednotek. Tento objev ukazuje, že i takto velké objekty mohou existovat v superpozici, což potvrzuje platnost kvantové mechaniky i na těchto měřítkách. Experiment zahrnoval použití interferometru a ultrafialových laserů k pozorování částic v různých stavech. Tento fenomén kvantového chování otevírá nové otázky o možnostech mnohonásobné existence paralelních realit.

Mezinárodní tým vědců objevil kvantový stav hmoty v materiálu, kde to dosud bylo považováno za nemožné. Tento objev by mohl přinést pokroky v kvantové informatice a vylepšit efektivitu elektroniky. Nový stav, pojmenovaný jako topologický semimetalický stav, byl teoreticky předpovězen a potvrzen experimentálně v materiálu CeRu4Sn6. Ve velmi nízkých teplotách dosáhne tento materiál kvantové kritičnosti, což umožnilo pozorování Hallova jevu bez přítomnosti magnetického pole. Tato studie ukazuje, že silné kvantové efekty mohou vytvořit nový stav, který má praktický význam a stabilitu v quantovém kritickém prostředí.

Vědcům z Univerzity ve Stuttgartu se poprvé podařila teleportace kvantového stavu mezi fotony z rozdílných světelných zdrojů. Tento milník přibližuje vznik kvantového internetu, kde kvantové tečky umožňují přenos kvantových informací na větší vzdálenosti bez ztráty dat. Zásadní pro tento proces je generování fotonů na stejných frekvencích, čehož dosahují speciální polovodiče. Experiment využíval standardní optická vlákna, což ukazuje možnost využití stávající infrastruktury. I když dosavadní úspěšnost teleportace je přes 70 %, vědci se snaží zvýšit dosah a přesnost tohoto procesu.

Vědci z University of Technology Sydney vyvinuli model umožňující přenos kvantových signálů ze Země do satelitu. Tento průlom by mohl výrazně posílit globální kvantové komunikační sítě. Přenos fotonů směrem do vesmíru byl dříve považován za nemožný kvůli problémům se stabilitou signálu. Nový model řeší tyto výzvy pomocí entanglementu, zohledňujíc atmosférické podmínky a další faktory. Ačkoli má systém omezení, jako je noční provoz nebo pečlivá kalibrace, otevírá cestu pro budoucí testování s využitím dronů nebo balónů.

Americkým vědcům se v roce 2024 podařilo dosáhnout kvantové teleportace stavu světla přes více než 30 kilometrů optického kabelu plného internetového provozu. Tento úspěch představuje důležitý krok k vytvoření propojené kvantové výpočetní sítě, umožňující pokročilou šifrování a nové metody senzoriky. Výzkumný tým vedený Premem Kumarem úspěšně přenesl kvantový stav pomocí existující infrastruktury bez rušení klasických kanálů. Tento průlom otevírá cestu k budoucím kvantovým a klasickým sítím, které sdílí jednotnou infraestrukturu. Výzkum publikovaný v časopise Optica ukazuje, že klasické a kvantové komunikace mohou koexistovat bez potřeby nové infrastruktury.