Newsy

Nadchodzi kwantowa rewolucja. Kropki kwantowe stosowane są w matrycach telewizorów, w przyszłości zasilą komputery i znajdą zastosowanie w medycynie

2018-08-23  |  06:00

Trwają prace nad kolejnymi zastosowaniami kropek kwantowych – miniaturowych kryształków o różnorodnych właściwościach. Potrafią one emitować inne światło niż absorbują, dzięki czemu są już wykorzystywane w telewizorach. Mogą także być podstawą do budowy superwydajnych komputerów kwantowych, dzięki swoim magnetycznym właściwościom. Polscy naukowcy z Instytutu Fizyki PAN wytwarzają kropki kwantowe z półprzewodników i sprawdzają ich przydatność w komercyjnych zastosowaniach.  

– Kropki kwantowe to niewielka porcja materii, która udaje, że nie ma żadnego wymiaru. Są ekstremalnym przykładem uwięzienia, ponieważ we wszystkich trzech kierunkach elektron napotyka na ścianę, nie może się z takiego obiektu wydostać, wtedy nie ma swobody ruchu i zachowuje się o inaczej niż swobodny elektron. Takie uwięzione obiekty bardzo dobrze świecą, więc mogą być bardzo wydajnym źródłem światła. Staramy się wytworzyć kropki kwantowe w sposób powtarzalny, zobaczyć, jak one się zachowują, czy potencjalnie mogą być użyteczne i w jakich warunkach – wyjaśnia w rozmowie z agencją informacyjną Newseria Jacek Kossut, dyrektor Instytutu Fizyki PAN.

Te niewidzialne gołym okiem kryształki o wielkości kilku nanometrów potrafią absorbować, a potem wyemitować światło o różnych długościach fali. Kropki kwantowe są już szeroko wykorzystywane np. w telewizorach. Jako pierwsza do masowej produkcji wprowadziła je firma Samsung w telewizorach z linii QLED. Urządzenia zostały wyposażone w powłokę wykonaną z kropek kwantowych, dzięki której są w stanie wyświetlić wysoce kontrastowy oraz jasny obraz z pełnym odwzorowaniem barw uchwyconych przez kamerę. Oznacza to, że filmy i seriale wyświetlane na takim telewizorze wyglądają dokładnie tak, jak widział je ich twórca.

Kropki kwantowe zyskują na popularności. Coraz częściej stosuje się je zarówno w telewizorach, jak i monitorach. Potencjał kropek kwantowych dostrzegają także naukowcy badający innowacyjne technologie medyczne. Już dziś testuje się je w roli alternatywnych czynników kontrastujących podczas wykonywania rezonansu magnetycznego, a w przyszłości mogą sprawdzić się jako wysoce skuteczny nośnik leków. Trwają również prace nad specjalnymi szybami z przezroczystą powłoką z nanokropek. Dzięki wykorzystaniu organicznych kropek kwantowych powstaną panele fotowoltaiczne o efektywności rzędu 5 proc. – wystarczającej, aby rozpocząć masową produkcję transparentnych paneli słonecznych na użytek komercyjny.

Zastosowanie kropek kwantowych w przyszłości może być jednak znacznie szersze. Ze względu na unikalne właściwości kropek kwantowych oraz ich zdolność do reagowania na światło o różnej długości fali, mogą się sprawdzić także w przypadku tworzenia komputerów optycznych. Kropki kwantowe są stosowane jako źródła światła pojedynczych fotonów.

– Takie źródła światła potrzebne są w nieistniejącej jeszcze dziedzinie, nad którą ludzie bardzo intensywnie pracują – informatyce kwantowej. Ma ona potencjalnie dużo większe możliwości niż tradycyjna informatyka. Kropki pozwalają stworzyć tzw. pary fotonów związanych. Jeżeli wyemitujemy jeden foton z polaryzacją prawoskrętną, to po pewnym czasie wyprodukowany drugi foton będzie się z konieczności kręcił w drugą stronę. To jest własność tej materii, którą usiłujemy zaprząc do pracy w komputerach kwantowych – tłumaczy Jacek Kossut.

IBM dysponuje już procesorami kwantowymi złożonymi z siedmiu i szesnastu kubitów, które są wykorzystywane przez naukowców na całym świecie za pośrednictwem platformy IBM Q. Kubit to kwantowa bramka logiczna, różniąca się od klasycznego bitu, który przyjmuje jedną z dwóch wartości – zero lub jeden. Kwantowy bit może mieć wartość zera, jedynki lub być kwantową superpozycją zera i jedynki, zatem jego potencjał w obliczeniach jest nieporównywalnie większy. Kubitem może być także ładunek kropki kwantowej, jednak problemem pozostaje kontrola nad zachowaniem tego ładunku. Prowadzone w Instytucie Fizyki PAN prace nad właściwościami magnetycznymi nanokropek mogą przyspieszyć stworzenie superwydajnych komputerów kwantowych.

– Obecnie zajmujemy się kropkami zawierającymi miedź, która może się zachowywać różnie, w zależności od tego czy obiekt oświetlimy światłem niebieskim lub nadfioletowym, czy też nie oświetlimy. To daje dodatkowe narzędzie sterowania własnościami tych kropek, bo jak poświecimy światłem, to ona się robi np. magnetyczna, a jak wyłączymy, to ona się robi niemagnetyczna, co ma dalsze konsekwencje na zachowanie tychże elektronów w kropce kwantowej – mówi ekspert.

Analitycy marketsandMarkets szacują, że wartość globalnego rynku kropek kwantowych do 2023 roku osiągnie 8,5 mld dol., a rozwijać się będzie w tempie 27 proc. średniorocznie.

Czytaj także

Kalendarium

Więcej ważnych informacji

Kongres MOVE

Jedynka Newserii

Jedynka Newserii

Venture Cafe Warsaw

Infrastruktura

Sektor ochrony zdrowia odpowiada za większe emisje CO2 niż lotnictwo. Zielone zmiany wymagają drastycznego przyspieszenia

Sektor ochrony zdrowia ponosi znaczące konsekwencje wynikające z rosnącej liczby ekstremalnych zjawisk klimatycznych, ale też poważnego zanieczyszczenia powietrza, a koszty z tym związane będą rosły. Z drugiej strony sam sektor też się przyczynia do zmian klimatycznych – odpowiada za 4 proc. emisji CO2, czym wyprzedza takie branże jak żegluga czy lotnictwo. O potrzebie przyspieszenia zielonych zmian w ochronie zdrowia coraz więcej się mówi, ale to wymaga konkretnych działań. Temu ma służyć powołana właśnie do życia Zielona Koalicja dla Zdrowia, w której uczestniczy prawie 30 podmiotów i której patronuje m.in. Narodowy Fundusz Zdrowia.

Prawo

Postęp technologiczny rewolucjonizuje pracę specjalistów ds. finansów. Stają się strategicznymi doradcami biznesu

Częste zmiany regulacyjne i postęp technologiczny wymuszają na specjalistach ds. finansów ciągłe nabywanie nowych kompetencji, doszkalanie i uaktualnianie swojej wiedzy. Ci, którzy potrafią się dostosować do szybkich zmian i wesprzeć swoimi umiejętnościami rozwój biznesu, mogą jednak liczyć na większe możliwości rozwoju kariery. – Finanse operują w świecie, który coraz szybciej się zmienia. To powoduje, że w przyszłości ludzie z obszaru finansów będą musieli poświęcać dużo więcej energii na to, żeby dotrzymać tempa – mówi Kuba Neneman, head of finance.ai, commercial data science manager w Shellu.

Polityka

Poparcie Europejczyków dla Ukrainy pozostaje silne. Bardziej kontrowersyjna jest kwestia jej wejścia do NATO

Silne poparcie dla Ukrainy w Europie sprawia, że politycy prezentujący odmienną wizję nie mają przestrzeni na próby wykorzystywania prorosyjskich postaw w kształtowaniu polityki zagranicznej. Badania naukowców z Uniwersytetu w Exeter przeprowadzone w kilkunastu europejskich krajach wskazują, że poparcie dla Ukrainy i polityki skupiającej się na pomocy zaatakowanemu krajowi jest szerokie, ale najsilniejsze w państwach mających doświadczenia z polityką Kremla w czasach Związku Radzieckiego. Najsilniejsza polaryzacja nastrojów w Europie jest zauważalna w kwestii ewentualnego przystąpienia Ukrainy do Paktu Północnoatlantyckiego.

Szkolenia

Akademia Newserii

Akademia Newserii to projekt, w ramach którego najlepsi polscy dziennikarze biznesowi, giełdowi oraz lifestylowi, a  także szkoleniowcy z wieloletnim doświadczeniem dzielą się swoją wiedzą nt. pracy z mediami.