211service.com
Quantum Invisibility Cloak skjuler objekter fra virkeligheden
Usynlighedskapper er i høj kurs i disse dage. I løbet af de sidste par år har denne blog fulgt forskellige forsøg på at udvikle usynlighedskapper til jordskælv, akustik og for forskellige dele af det elektromagnetiske spektrum. I de sidste par dage har vi set fremkomsten af en ny generation af kapper, der kan skjule store, dagligdags objekter over hele det optiske spektrum.
I dag tager Jeng Yi Lee og Ray-Kuang Lee ved National Tsing-Hua University i Taiwan ideen om tilsløring til sin ultimative grænse. Disse fyre har fundet ud af, hvordan man bygger kvanteusynlighedskapsler. Disse er kapper, der beskytter objekter mod kvanteegenskaberne i verden udenfor. Det er ikke så meget en usynlighedskappe som en virkelighedskappe.
Ideen er i bund og grund simpel. Almindelige usynlighedskapper virker ved at styre lyset rundt i et område af rummet for at få det til at se ud, som om det ikke var der. Den matematiske tilgang, der beskriver dette, kaldes transformationsoptik. Det starter med Maxwells ligning, som styrer lysets opførsel, når det passerer gennem rummet.
En måde at tænke lys på er som et felt i rummet. I transformationsoptik kan dette felt strækkes og klemmes som en gummiplade, når det passerer gennem bestemte typer materiale. Målet er at konstruere dette materiale, så det strækker arket rundt i områder af rummet og dermed gøre dem usynlige.
Den tilgang, der er udviklet af Jeng Yi og Ray-Kuang, er matematisk identisk med denne. Men i stedet for at starte med Maxwells ligninger, starter de med Schrodinger-ligningen, som styrer sandsynligheden for, at et objekt er til stede i et område af rummet.
Deres idé er at behandle dette sandsynlighedsfelt som en gummiplade, der kan strækkes og klemmes. Så målet med at designe en kvanteusynlighedskappe er at strække dette ark rundt om et område af rummet, så sandsynligheden for at eksistere indeni det er nul. Faktisk designer de en kappe, der beskytter dens indhold fra virkeligheden.
Der er flere vigtige forbehold her. Den første er, at skjoldet ville være designet til at skærme fra en bestemt form for Schrodinger-ligning, måske forbundet med elektroner for eksempel. Det ville beskytte et område af rummet fra kvanteegenskaberne af nærliggende elektroner, men ikke nødvendigvis fra andre ting.
Så en sådan kappe ville give afskærmning fra visse aspekter af virkeligheden snarere end det hele. At lave en bredbånds-reality-kappe, der skjuler sig for mange kvanteobjekter på én gang, ville formodentlig være en meget større udfordring, hvis det overhovedet er muligt.
En anden vigtig pointe er, at denne artikel er fuldstændig teoretisk. Jeng Yi og Ray-Kuang giver en teoretisk behandling af en nanoskal, der skjuler rummets område inden i det fra virkningerne af stof i nærheden. Denne tilgang viser, at ideen er mulig på nanoskala, i det mindste i princippet.
Den store udfordring bliver selvfølgelig at finde måder at implementere teknikken på rigtigt. Det vil kræve noget imponerende teknik, men Jeng Yi og Ray-Kuang siger, at det burde være muligt at bruge nutidens halvlederteknologier.
Så ideen ville være at skabe en hul nanopartikel, måske af silicium, der ville beskytte dens indhold mod elektroner, der passerer i nærheden. Det er noget, der for eksempel kan være nyttigt til lagring eller behandling af kvanteinformation.
Det er en interessant idé, der kunne stimulere en helt ny tilgang til afskærmning. Hvis det lyder lidt langt ude, er det værd at huske på den tidsskala, over hvilken konventionelle usynlighedskapper er opstået. Den o riginal teoretisk papir, der foreslår ideen dukkede op den 25. maj 2003 og den papir, der beskriver den første arbejdskappe udkom den 19. oktober samme år.
Hvis udviklingen af kvanteusynlighedskapper er noget lignende, kan vi se en i drift inden årets udgang.
Ref: arxiv.org/abs/1306.2120 : Skjul den indre region af kerne-skal nanopartikler med kvante usynlige kapper