211service.com
Quantum Invisibility Cloak döljer objekt från verkligheten
Osynlighetskappor är på modet nuförtiden. Under de senaste åren har den här bloggen följt olika försök att utveckla osynlighetskappor för jordbävningar, akustik och för olika delar av det elektromagnetiska spektrumet. Under de senaste dagarna har vi sett uppkomsten av en ny generation kappor som kan dölja stora, vardagliga föremål över hela det optiska spektrumet.
Idag tar Jeng Yi Lee och Ray-Kuang Lee vid National Tsing-Hua University i Taiwan idén om cloaking till sin yttersta gräns. De här killarna har utarbetat hur man bygger kvantosynlighetskappor. Dessa är kappor som skyddar föremål från kvantegenskaperna i världen utanför. Det är inte så mycket en osynlighetsmantel som en verklighetsmantel.
Tanken är i grunden enkel. Vanliga osynlighetskappor fungerar genom att styra ljuset runt ett område i rymden för att få det att se ut som om det inte fanns där. Det matematiska tillvägagångssättet som beskriver detta kallas transformationsoptik. Det börjar med Maxwells ekvation som styr ljusets beteende när det passerar genom rymden.
Ett sätt att tänka på ljus är som ett fält i rymden. Inom transformationsoptik kan detta fält sträckas ut och klämmas som en gummiduk när det passerar genom vissa typer av material. Målet är att konstruera detta material så att det sträcker ut arket runt områden i rymden och på så sätt göra dem osynliga.
Tillvägagångssättet som utvecklats av Jeng Yi och Ray-Kuang är matematiskt identiskt med detta. Men istället för att börja med Maxwells ekvationer, börjar de med Schrodinger-ekvationen som styr sannolikheten för att ett objekt ska finnas i ett område av rymden.
Deras idé är att behandla detta sannolikhetsfält som en gummiduk som kan sträckas och klämmas. Så målet med att designa en kvantosynlighetsmantel är att sträcka det här arket runt ett område av rymden så att sannolikheten för att existera inuti den är noll. I själva verket designar de en kappa som skyddar dess innehåll från verkligheten.
Det finns flera viktiga varningar här. Den första är att skölden skulle utformas för att skydda från en viss form av Schrodinger-ekvation, kanske associerad med elektroner till exempel. Det skulle skydda ett område av rymden från kvantegenskaperna hos närliggande elektroner men inte nödvändigtvis från andra saker.
Så en sådan mantel skulle ge skydd mot vissa aspekter av verkligheten snarare än allt. Att göra en bredbandsverklighetsmantel som gömmer sig för många kvantobjekt samtidigt skulle förmodligen vara en mycket större utmaning, om det överhuvudtaget är möjligt.
En annan viktig punkt är att denna artikel är helt teoretisk. Jeng Yi och Ray-Kuang tillhandahåller en teoretisk behandling av ett nanoskal som täcker området av rymden inom det från effekterna av materia i närheten. Detta tillvägagångssätt visar att idén är möjlig på nanoskala, åtminstone i princip.
Den stora utmaningen blir förstås att hitta sätt att implementera tekniken på riktigt. Det kommer att kräva lite imponerande ingenjörskonst men Jeng Yi och Ray-Kuang säger att det borde vara möjligt med dagens halvledarteknik.
Så tanken skulle vara att skapa en ihålig nanopartikel, kanske av kisel, som skulle skydda dess innehåll från elektroner som passerar i närheten. Det är något som kan vara användbart för lagring eller bearbetning av kvantinformation, till exempel.
Det är en intressant idé som kan stimulera ett helt nytt tillvägagångssätt för skärmning. Om det låter lite långsökt är det värt att tänka på tidsskalan över vilken konventionella osynlighetskappor har dykt upp. Den o riginal teoretisk uppsats som föreslår idén dök upp den 25 maj 2003 och papper som beskriver den första arbetsmanteln dök upp den 19 oktober samma år.
Om utvecklingen av kvantosynlighetskappor är något liknande, kan vi se en i drift före årets slut.
Ref: arxiv.org/abs/1306.2120 : Göm den inre delen av Core-Shell nanopartiklar med kvantum osynliga kappor