W skład zespołu zajmującego się tą kwestią weszli przedstawiciele University of Chicago, Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia oraz Argonne National Laboratory. Ich wspólne wysiłki doprowadziły do powstania urządzenia, które pokazuje, w jaki sposób atomy w materiałach kwantowych zachowują się w czasie pochłaniania i emitowania światła.
Czytaj też: Naukowcy marzyli o tym przez trzy dekady. Przełomowy moment w świecie materiałów
Temat został szerzej zaprezentowany na łamach Journal of Chemical Theory and Computation, a zamieszczona tam publikacja sugeruje, że chodzi o poszerzenie możliwości dotyczących badania materiałów pod kątem technologii kwantowych. Za sprawą ostatnich postępów możliwe jest poznawaniem tajemnic układów i właściwości, które w przeszłości były poza zasięgiem.
Opisywane narzędzie, WEST-TDDFT (Without Empty States-Time-Dependent Density Functional Theory) zostało jak na razie przetestowane w odniesieniu do trzech materiałów półprzewodnikowych. Zdaniem jego twórców nic nie będzie jednak stało na przeszkodzie, aby dostosować je do wielu innych. W długofalowej perspektywie powinno to doprowadzić do projektowania materiałów wykorzystujących tzw. kubity jako czujniki bądź jednostki przechowywania danych.
Materiały kwantowe mogą być wykorzystywane na przykład w formie wysoce wydajnych czujników
Czym w ogóle są kubity? To kwantowe odpowiedniki klasycznych bitów, przy czym te ostatnie mogą kodować informacje w stanie 0 lub 1, natomiast kubity mogą pozostawać w obu jednocześnie. Zwiększa to możliwości obliczeniowe związane z ich wykorzystaniem. Jako że kubity cechują się wysoką czułością na elektryczne, optyczne i magnetyczne właściwości otoczenia, to zapewniają ogromny potencjał w zakresie użycia ich w formie czujników.
Zanim jednak się to stanie, naukowcy muszą jak najlepiej zrozumieć oddziaływanie kubitów z fotonami. Z tego względu, jak wyjaśniają autorzy, okoliczności w jakich materiały kwantowe pochłaniają i emitują światło będą kluczowe dla zrozumienia ich funkcjonalności w zastosowaniach kwantowych. Za sprawą dotychczas stosowanych metod nie dało się na przykład wyjaśnić części procesów zachodzących w materiałach kwantowych w stanie wzbudzonym. Było to szczególnie widoczne w przypadku dużych i złożonych układów.
Czytaj też: Wielki kwantowy problem nie stanowi już zagadki. Jak naukowcy się z nim uporali?
Potencjalnie przełomowe narzędzie zaprojektowane przez naukowców ze Stanów Zjednoczonych i Włoch zapewnia wysoką szybkość i wydajność rozwiązywania równań. Dzięki temu można obsłużyć więcej układów, co było wielkim ograniczeniem w przeszłości. Rozwiązanie okazuje się funkcjonalne zarówno w CPU, jak i GPU, a członkowie zespołu wykorzystali swoje narzędzie do poznania właściwości stanu wzbudzonego defektów punktowych w trzech materiałach: diamencie, węgliku krzemu i tlenku magnezu. Rezultaty wykazały przydatność takiego rozwiązania i jego skuteczność nawet w odniesieniu do układów złożonych z tysięcy atomów.
