Kvantna nanonauka

Kvantna nanonauka je osnovna istraživačka oblast na razmeđu nauke o nanorazmjeri i kvantne nauke koja stvara razumijevanje koje omogućava razvoj nanotehnologije. Koristi kvantnu mehaniku za istraživanje i upotrebu koherentnih kvantnih efekata u projektovanim nanostrukturama. Ovo bi na kraju moglo dovesti do dizajna novih tipova nanouređaja i materijala nanoskopske razmjere, gdje se funkcionalnost i struktura kvantnih nanouređaja opisuju kroz kvantne fenomene kao što su superpozicija i isprepletanje. Sa rastućim radom na realizaciji kvantnog računarstva, kvant je dobio novo značenje koje opisuje efekte na ovoj skali. Trenutni kvant se odnosi na kvantno mehaničke fenomene superpozicije, isprepletenosti i kvantne koherencije koji su konstruirani umjesto fenomena koji se javljaju u prirodi.

Fundamentalni koncepti

Koherencija

Kvantna nanoznanost istražuje i koristi koherentne kvantne efekte u projektovanim nanostrukturama. Koherencija je svojstvo kvantnog sistema koje omogućava predviđanje njegove evolucije u vremenu, nakon što je pripremljen u superpoziciji različitih kvantnih stanja. Ovo svojstvo je važno kada neko namjerava da koristi sistem za specifične zadatke, kao što je izvođenje niza logičkih operacija u kvantnom računaru. Kvantna koherentnost je krhka i lahko se može izgubiti ako sistem postane preveliki ili je podvrgnut nekontroliranoj interakciji sa okolinom. Funkcionalnost omogućena za kvantnu koherenciju obećava stvaranje mogućih disruptivnih tehnologija kao što su kvantno računanje, kvantna komunikacija, kvantna simulacija i kvantni senzing. Koherentni kvantni efekti na nanoskali su relativno nepoznata teritorija. Stoga je polje kvantne nanoznanosti posebno među osnovnim naukama jer pruža put do ove granice ljudskog znanja.

Kvantna koherencija je u samom srcu kvantne nanoznanosti. Cilj polja je manipulisati i iskoristiti kvantno koherentnu funkcionalnost. Veliki dio kvantne nanoznanosti posvećen je razumijevanju mehanizama dekoherencije kako bi se očuvala i maksimizirala koherentnost.

Superpozicija

Superpozicija je kvantna pojava u kojoj entitet može istovremeno postojati u dva stanja. Klasičan opis je misaoni eksperiment Schroedingerove mačke. U ovom eksperimentu gedanken, mačka može biti i živa i mrtva dok se stanje mačke stvarno ne posmatra.

Zapletanje

Isprepletenost može povezati kvantna stanja dva ili više objekata na bilo kojoj udaljenosti. Zapetljanost leži u srcu kvantne teleportacije i kvantne komunikacije.

Omogućavanje sastavnih dijelova

Omogućujući sastojci: materijali, alati, uređaji i istraživanje kvantnosti koji su u potrazi za kvantnom koherentnom funkcionalnošću dio su kvantne nanoznanosti.

Potraga za funkcionalnošću omogućenom kvantnom koherencijom uključuje polja koja omogućavaju kvantna nanonaučna istraživanja, kao što su materijali i alati koji su usmjereni ka cilju postizanja funkcionalnosti omogućene koherencijom. Elementi kvantnosti, materijali, alati i proizvodnja su svi kvantni i/ili nano. Kvantna nanoznanost može ih uključiti sve dok su u potrazi za kvantnom koherentnom funkcionalnošću.

Primjene

Kvantna nanonauka je temelj za kvantne nanotehnologije, a nove kvantne nanotehnologije stvaraju nove mogućnosti za istraživanje u kvantnoj nanonauci.

• Kvantno računanje
• Kvantna komunikacija je ultra-sigurna komunikacija koja je zaštićena od hakovanja koristeći zapletena stanja.
• Kvantni simulator
• Kvantni senzing koristi kvantno stanje kako bi osjetio drugi objekt. Krhkost koherencije može se pretvoriti u resurs korištenjem gubitka koherencije kvantnog sistema kao osjetljivog alata za ispitivanje samog okruženja.

Također pogledati

• Kvant
• Kvantni računar
• Kavli nagrada - nagrade za izuzetan naučni rad u oblastima astrofizike, nanonauke i neuronauke
• Centar za kvantnu nanoznanost

Dalje čitanje

• Feynman, Richard P. (mart 1992). "There's plenty of room at the bottom [data storage]". Journal of Microelectromechanical Systems. 1 (1): 60–66. doi:10.1109/84.128057. ISSN 1057-7157.
• Benioff, Paul (maj 1980). "The computer as a physical system: A microscopic quantum mechanical Hamiltonian model of computers as represented by Turing machines". Journal of Statistical Physics. 22 (5): 563–591. Bibcode:1980JSP....22..563B. doi:10.1007/BF01011339. ISSN 1572-9613.
• Benioff, Paul (7. 6. 1982). "Quantum Mechanical Models of Turing Machines That Dissipate No Energy". Physical Review Letters. 48 (23): 1581–1585. Bibcode:1982PhRvL..48.1581B. doi:10.1103/PhysRevLett.48.1581.
• Eigler, Donald; Schweizer, Erhard K. (5. 4. 1990). "Positioning single atoms with a scanning tunnelling microscope" (PDF). Nature. 344 (6266): 524–526. Bibcode:1990Natur.344..524E. doi:10.1038/344524a0. Arhivirano s originala (PDF), 25. 1. 2019. Pristupljeno 25. 1. 2019.
• Milburn, Gerard J.; Woolley, M. J. (2008). "Quantum nanoscience". Contemporary Physics. 49 (6): 413–433. Bibcode:2008ConPh..49..413M. doi:10.1080/00107510802601724.
• Seeman, Nadrian (23. 1. 2003). "DNA in a material world" (PDF). Nature. 421 (6921): 247–231. Bibcode:2003Natur.421..427S. doi:10.1038/nature01406. PMID 12540916. Pristupljeno 25. 1. 2019.
• Gerard J. Milburn, Paul Davies, Schrödinger's Machines: The Quantum Technology Reshaping Everyday Life (ISBN 0716731061)
• Deutsch D., Physics, Philosophy, and Quantum Technology, in the Proceedings of the Sixth International Conference on Quantum Communication, Measurement and Computing, Shapiro, J.H. and Hirota, O., Eds. (Rinton Press, Princeton, NJ. 2003)
• V.E. Tarasov, Quantum Nanotechnology, International Journal of Nanoscience. Vol.8. No.4-5. (2009) 337—344. Arhivirano 1. 7. 2019. na Wayback Machine

Vanjski linkovi

• Odsjek za kvantnu nanonauku - Kavli Institute of Nanoscience Arhivirano 24. 9. 2022. na Wayback Machine
• Quantum Nanoscience Group - Nanotehnološka mreža Australijskog istraživačkog vijeća Arhivirano 25. 2. 2017. na Wayback Machine
• Centar za kvantnu nanoznanost
• Mike and Ofhelia Lazaridis Quantum Nanoscience Center
• Odjel za kvantne nanoznanosti - Institut Peter Grünberg, Istraživački centar Jülich