Podstawę sukcesu, o którym członkowie zespołu badawczego piszą na łamach Nature Materials, stanowi przepływ elektronów wzdłuż krawędzi materiału zachodzący bez utraty energii. Dlaczego to istotne? Choćby ze względu na fakt, że elektronika podlega miniaturyzacji, ale jednocześnie potrzebuje coraz większych zasobów obliczeniowych.
W związku z tym naukowcy muszą szukać sposobów na poprawę wydajności transferu informacji, na którą składa się kontrola przepływu elektronów. Kwantowy anomalny efekt Halla zapewnia w tym kontekście optymistyczną perspektywę, ponieważ pozwala na ograniczenie strat energii – a nawet ich całkowite uniknięcie w sytuacji, gdy elektrony poruszają się wzdłuż krawędzi materiałów.
Materiały o takich cechach są zaliczane do izolatorów topologicznych. W praktyce można stwierdzić, że mają one postać folii o niewielkiej grubości. Jak małej? Dość powiedzieć, że mówimy o wartościach liczonych w… atomach. Te zostały poddane namagnesowaniu, dzięki czemu przewodzą prąd wyłącznie na krawędziach. Jako że elektrony poruszają się wyłącznie w jednym kierunku, to nie dochodzi do utraty energii, która mogłaby uciekać w postaci ciepła.
Autorzy badań szukali sposobu na to, by elektrony przemieszczały się wzdłuż krawędzi materiału bez utraty energii
Na przestrzeni lat naukowcy szukali sposobów na zwiększenie skali opisywanego zjawiska. Ostatnie dokonania w tym zakresie porównują do stworzenia wielopasmowej autostrady pozwalającej na przyspieszony transport elektronów. Poza tym, mają teraz w zanadrzu sposób na kontrolowanie kierunku przemieszczania się elektronów po tej autostradzie, a nawet możliwość łatwego ich zawrócenia.
Ta ostatnia właściwość jest kluczowa dla przechowywania i wyszukiwania informacji w technologiach kwantowych. O ile obecnie dane są zazwyczaj przechowywane w stanie binarnym, symbolizowanym przez wartości 0 i 1, tak informacje kwantowe mogą być przechowywane nie tylko w tych stanach, ale również obu jednocześnie. Zarządzając przepływem elektronów naukowcy poczynili ogromne postępy w zapisywaniu i odczytywaniu tych stanów.
Czytaj też: LIGO pokonał ograniczenia kwantowe. Zobaczy w kosmosie coś zupełnie nowego
O ile przedtem stosowano w tym celu magnesy, tak było jasne, że jest to mało praktyczne podejście. W związku z tym trzeba było opracować alternatywy. Wybawieniem okazał się przełącznik elektroniczny. Jak wyjaśniają autorzy, wprowadzone zmiany można porównać do tych, jakie miały miejsce w przechowywaniu informacji. Tak jak ich gromadzenie na dyskach twardych i dyskietkach wymagało użycia magnesów, tak teraz – w przypadku pamięci USB, półprzewodnikowych dysków twardych czy smartfonów – zapisuje się informacje elektronicznie. Kolejny krok w prowadzonych eksperymentach ma obejmować szukanie sposobów na całkowite wyłączanie i włączanie urządzeń, do czego będzie potrzebne zatrzymywanie elektronów.
