211service.com
Kwantumonzichtbaarheidsmantel verbergt objecten voor de werkelijkheid
Onzichtbaarheidsmantels zijn tegenwoordig een rage. Deze blog heeft de afgelopen jaren verschillende pogingen gevolgd om onzichtbaarheidsmantels te ontwikkelen voor aardbevingen, akoestiek en voor verschillende delen van het elektromagnetische spectrum. De afgelopen dagen hebben we de opkomst gezien van een nieuwe generatie mantels die grote, alledaagse voorwerpen over het hele optische spectrum kunnen verbergen.
Tegenwoordig nemen Jeng Yi Lee en Ray-Kuang Lee van de National Tsing-Hua University in Taiwan het idee van verhulling tot het uiterste op. Deze jongens hebben bedacht hoe ze kwantum onzichtbaarheidsmantels kunnen maken. Dit zijn mantels die objecten beschermen tegen de kwantumeigenschappen van de buitenwereld. Dat is niet zozeer een onzichtbaarheidsmantel als wel een realiteitsmantel.
Het idee is in wezen eenvoudig. Gewone onzichtbaarheidsmantels werken door licht rond een gebied van de ruimte te sturen zodat het lijkt alsof het er niet is. De wiskundige benadering die dit beschrijft, wordt transformatie-optica genoemd. Het begint met de vergelijking van Maxwell die het gedrag van licht regelt terwijl het door de ruimte gaat.
Een manier om aan licht te denken is als een veld in de ruimte. In transformatie-optica kan dit veld worden uitgerekt en samengedrukt als een rubberen vel wanneer het door bepaalde soorten materiaal gaat. Het doel is om dit materiaal zo te ontwerpen dat het de plaat rond ruimtegebieden rekt en ze zo onzichtbaar maakt.
De door Jeng Yi en Ray-Kuang ontwikkelde aanpak is wiskundig identiek hieraan. Maar in plaats van te beginnen met de vergelijkingen van Maxwell, beginnen ze met de Schrödinger-vergelijking die de waarschijnlijkheid bepaalt dat een object in een gebied van de ruimte aanwezig is.
Hun idee is om dit waarschijnlijkheidsveld te behandelen als een rubberen vel dat kan worden uitgerekt en geperst. Dus het doel bij het ontwerpen van een kwantumonzichtbaarheidsmantel is om dit vel rond een gebied in de ruimte te rekken, zodat de kans dat het erin bestaat nul is. In feite ontwerpen ze een mantel die de inhoud afschermt van de realiteit.
Hier zijn een aantal belangrijke kanttekeningen bij te plaatsen. De eerste is dat het schild zou zijn ontworpen om te beschermen tegen een bepaalde vorm van Schrödinger-vergelijking, misschien geassocieerd met bijvoorbeeld elektronen. Dat zou een gebied in de ruimte beschermen tegen de kwantumeigenschappen van nabijgelegen elektronen, maar niet noodzakelijkerwijs tegen andere dingen.
Zo'n mantel zou dus bescherming bieden tegen bepaalde aspecten van de werkelijkheid in plaats van tegen alles. Het maken van een breedband-realiteitsmantel die zich voor veel kwantumobjecten tegelijk verbergt, zou vermoedelijk een veel grotere uitdaging zijn, als het al mogelijk is.
Een ander belangrijk punt is dat dit artikel volledig theoretisch is. Jeng Yi en Ray-Kuang bieden een theoretische behandeling van een nanoschaal die het gebied van de ruimte erin verhult tegen de effecten van materie in de buurt. Deze aanpak laat zien dat het idee in principe op nanoschaal mogelijk is.
De grote uitdaging zal natuurlijk zijn om manieren te vinden om de techniek echt te implementeren. Dat zal wat indrukwekkende techniek vergen, maar Jeng Yi en Ray-Kuang zeggen dat het mogelijk moet zijn met de huidige halfgeleidertechnologieën.
Het idee zou dus zijn om een hol nanodeeltje te maken, misschien van silicium, dat de inhoud zou beschermen tegen elektronen die in de buurt passeren. Dat kan bijvoorbeeld handig zijn voor de opslag of verwerking van kwantuminformatie.
Dat is een interessant idee dat een geheel nieuwe benadering van afscherming zou kunnen stimuleren. Als het een beetje vergezocht klinkt, is het de moeite waard om rekening te houden met de tijdschaal waarop conventionele onzichtbaarheidsmantels zijn ontstaan. De O originele theoretische paper waarin het idee wordt voorgesteld verscheen op 25 mei 2003 en de papier met een beschrijving van de eerste werkende mantel verscheen op 19 oktober van hetzelfde jaar.
Als de ontwikkeling van kwantumonzichtbaarheidsmantels zoiets is, zouden we er voor het einde van het jaar een in werking kunnen zien.
Referentie: arxiv.org/abs/1306.2120 : Verberg het binnengebied van Core-Shell-nanodeeltjes met Quantum Invisible Cloaks