Revolucionarno otkriće - istraživači su stvorili superčvrstu svjetlost koja bi mogla pokrenuti nove tehnologije i umjetnu inteligenciju, Europa predvodi utrku za budućnost
RIJEŠENA ZAGONETKA
Stvorena superčvrsta svjetlost - Evo što to znači za budućnost kvantne tehnologije
Čitanje članka:
4
min
Može li svjetlost biti čvrsta? Čini se da u mikroskopskom svijetu kvantne fizike možda i može. U nedavnom revolucionarnom istraživanju koje je financirala EU, a koje je objavljeno u časopisu Nature, tim istraživača uspio je stvoriti superčvrstu svjetlost – neobično, hibridno stanje tvari koje kombinira strukturu čvrste tvari s protokom supertekućine bez trenja.
POGLEDAJ VIDEO: Izložba starih računala
Pokretanje videa...
01:04
Od teorije do primjene
Sada se njihov fokus prebacuje s teorije na primjenu dok istražuju kako bi ovo otkriće moglo utrti put napretku u kvantnom računalstvu i fotonskim tehnologijama, uključujući optičke neuronske mreže koje pokreću umjetnu inteligenciju.
Daniele Sanvitto, istaknuti fizičar specijaliziran za interakcije svjetlosti i tvari, vodio je istraživanje u talijanskom Nacionalnom istraživačkom vijeću (CNR).
„Zapravo smo pronašli superčvrstu fazu u stanju koje kombinira svjetlo i tvari”, rekao je Sanvitto, direktor istraživanja na Institutu za nanotehnologiju (CNR NANOTEC) u Lecceu u Italiji te koordinator četverogodišnje istraživačke inicijative koju financira EU pod nazivom Q-ONE.
Kombinirajući stručnost znanstvenika s vodećih istraživačkih instituta u Italiji, Austriji i SAD-u, tim je uspio stvoriti stanje svjetlosti i tvari koje je istodobno nalikovalo kristalnoj čvrstoći, ali se kretalo poput tekućine.
Ovo otkriće postignuto je iskorištavanjem hibridne čestice poznate kao eksciton-polariton, koja kombinira svojstva svjetlosti (fotona) i tvari (ekscitona). Uz njezinu pomoć, istraživači otvaraju nova znanstvena poglavlja s mogućim primjenama koje nadilaze granice laboratorija – u Europi i šire.
Ovo veliko otkriće u kvantnoj fizici također dolazi u ključnom trenutku. Dana 16. svibnja slavimo Međunarodni dan svjetlosti, godišnjicu prve uporabe lasera 1960. godine od strane američkog fizičara Theodorea Maimana.
Istraživanje superčvrstih tvari u sklopu projekta Q-ONE pokazuje koliko je ovo područje istraživanja napredovalo od tada.
Superčvrsta svjetlost
Većina nas upoznata je sa standardnim stanjima tvari – čvrsto, tekuće i plinovito. Ali postoje i druga egzotična stanja koja se mogu stvoriti, kao što su supertekućine, tekućine koje teku bez otpora. Superčvrsto stanje još je jedno egzotično stanje.
„Ako supertekućina dobije neku uređenu strukturu u prostoru, poput kristala, onda se naziva superčvrsta tvar”, rekao je Sanvitto. „Izgleda kao čvrsta tvar, ali u isto vrijeme može se kretati, u načelu, bez trenja.”
Prije osam godina, Sanvitto i njegov tim pokazali su da se svjetlost može ponašati poput tekućine unutar poluvodiča. Sada su to istraživanje proširili stvaranjem uređene strukture napravljene od neobičnih čestica svjetlosti-tvari.
One nastaju kada fotoni – čestice svjetlosti – snažno međudjeluju s elektronskim pobudama u poluvodiču, stvarajući hibridne čestice poznate kao eksciton-polaritoni.
Budući da kombiniraju svojstva svjetla i tvari, otvaraju nove mogućnosti za manipulaciju svjetlošću na načine koji ranije nisu bili mogući.
Superčvrste tvari – materijali koji se istovremeno ponašaju i kao krutina i kao supertekućina – do sada su zabilježeni isključivo kod ultrahladnih atomskih plinova. Ali to se počinje mijenjati.
„Prvi smo pokazali da se superčvrste tvari mogu formirati i u strukturama u čvrstom stanju koje ne zahtijevaju iznimno hladne temperature”, rekao je Sanvitto.
Ovo otkriće omogućuje istraživanje stvarnih primjena bez potrebe za složenim i ultrahladnim laboratorijskim postavkama kakve se upotrebljavaju za atomske kondenzate. To će potencijalno utrti put novim tehnologijama u računalstvu, senzorskim sustavima i brojnim drugim područjima. „Uzbudljivo je jer to znači da možemo istražiti potpuno nove fizikalne pojave u poluvodičkom čipu.”
Kvantna stanja
Istraživači projekta Q-ONE žele stvoriti i utvrditi različita kvantna stanja tvari s pomoću polaritonskih kvantnih neuronskih mreža.
„Naš cilj u istraživanju projekta Q-ONE je iskoristiti snažna nelinearna svojstva polaritona za izgradnju umjetne neuronske mreže koja ne samo da može utvrditi, već potencijalno i stvoriti kvantna stanja svjetlosti”, rekao je Sanvitto.
Istraživački tim projekta Q-ONE nije jedina skupina koja istražuje sjecište kvantnih stanja i umjetne inteligencije. Od 2010. godine profesorica Barbara Piętka, fizičarka na Sveučilištu u Varšavi, također vodi istraživačku skupinu usmjerenu na eksciton-polaritone.
Piętka trenutačno koordinira četverogodišnji istraživački projekt pod nazivom PolArt, koji podržava Europsko vijeće za inovacije. Njezin tim blisko surađuje sa Sanvittovim timom u CNR-u u Italiji, kao i s drugim vodećim istraživačima u tom području iz Francuske, Italije, Poljske i Singapura.
Neuronske mreže
Njihov rad posebno istražuje načine uporabe eksciton-polaritona s umjetnim neuronskim mrežama.
„Eksciton-polaritoni naš su temelj”, rekla je Piętka. „Upotrebljavamo ove čestice, poznate kao kvazičestice, za izgradnju velikih neuronskih mreža.”
Prema Piętki, velik dio onoga što rade omogućen je radom poput Sanvittova, koji je pokazao da se eksciton-polaritoni mogu upotrijebiti za izgradnju naprednih neuronskih računalnih mreža – računalnih mreža koje oponašaju strukturu i funkciju ljudskog mozga i živčanog sustava.
Jedna od mogućnosti koju istražuje tim projekta PolArt je da ih se ugrađuje na čipove s pomoću kristala izrađenih od materijala zvanog perovskit. U usporedbi s tradicionalnim računalnim čipovima koji oponašaju neuronske mreže, pristup temeljen na polaritonu troši znatno manje energije i pruža veće brzine obrade.
„Možemo izvesti jednu operaciju upotrebom samo nekoliko fotona”, rekla je Piętka.
Veće, brže, bolje
Piętka i njezin tim rade na povećavanju neuronskih mreža temeljenih na polaritonu za rješavanje sve složenijih zadataka.
„Gradimo sve veće mreže koje nam omogućuju rješavanje sofisticiranijih izazova”, objašnjava.
Ovaj bi pristup na kraju mogao potaknuti brže i učinkovitije velike jezične modele. Ovi napredni modeli umjetne inteligencije dizajnirani su tako da dobro funkcioniraju uz upotrebu manje resursa i postaju sve većim dijelom naše svakodnevice.
„Što je veća mreža, to je napredniji zadatak koji može izvršiti”, rekla je Piętka.
Vodeća uloga
Prema Sanvittu, Europa je trenutačno na čelu istraživanja eksciton-polaritona.
„Konkurencija je intenzivna – posebno s obzirom na velika kineska ulaganja u znanost – ali Europa trenutačno predvodi velik dio tog područja”, rekao je.
Piętka se slaže, napominjući da su istraživanja polaritonskih neuronskih mreža i dalje uglavnom koncentrirana u Europi.
Međutim, ovo vodstvo, djelomično zahvaljujući financiranju EU-a, posebno kroz Europsko istraživačko vijeće i Europsko vijeće za inovacije, u opasnosti je da izblijedi ako ne povećamo ulaganja u znanost.
„Ključno je da Europa nastavi ulagati u ovo istraživanje i općenito u temeljnu znanost kako bi ostala u prednosti”, rekao je Sanvitto.
Oba tima imaju još posla pred sobom – i velike nade. „Krajnji cilj je razviti mrežu koja obrađuje podatke uz maksimalnu brzinu i učinkovitost”, rekla je Piętka.
Istraživanje u ovom članku financiralo je Europsko vijeće za inovacije (EIC). Stavovi ispitanika ne odražavaju nužno stavove Europske komisije.
Istraživači koje financira EU stvorili su superčvrstu svjetlost u laboratoriju i sada istražuju kako bi ovo neobično novo stanje tvari moglo napajati tehnologije u stvarnom svijetu.
Autor Jonathan O’Callaghan
Više informacija:
Q-ONE
PolArt
Quantum – oblikovanje digitalne budućnosti Europe
EU i umjetna inteligencija u znanosti
Ovaj je članak izvorno objavljen u časopisu Horizon, časopisu za istraživanje i inovacije EU-a.
Sve što je bitno, na dohvat ruke
Skini aplikaciju za najbolje iskustvo portala. Čitaj, komentiraj i budi uvijek u toku s najnovijim vijestima.
Odaberi temu koju želiš pratiti
Primaj sve nove vijesti o temi i budi u tijeku
