Het Amerikaanse leger investeert in kwantumonderzoek dat onderzoekt hoe trillingen het elektronische gedrag in ultradunne materialen beïnvloeden. Wetenschappers van de Universiteit van Californië, Riverside, onderzoeken of deze kwantumtrillingen, bekend als vibronische effecten, het oogsten van energie en computersystemen zouden kunnen transformeren.
Het Center for Quantum Vibronics in Energy and Time (QuVET) brengt experts uit de natuurkunde, scheikunde, techniek en biochemie samen om deze interacties in biologische en synthetische systemen te onderzoeken. Onderzoekers willen bepalen of een kwantumgolffunctie over een interface zal springen of op zijn oorspronkelijke positie zal blijven. “Het idee is dat trillingen de bedieningsknop kunnen worden, waardoor toekomstige ‘kwantumvibronische schakelaars’ mogelijk worden die kristalvibraties gebruiken om kwantumovergangen aan en uit te zetten”, zegt Nathaniel Gabor, hoogleraar natuurkunde en astronomie.
Het begrijpen van dit schakelproces is cruciaal voor het verbeteren van technologieën zoals de opwekking van zonne-energie. Energie die uit licht wordt gecreëerd, moet snel in vrije ladingen worden gescheiden om te voorkomen dat deze als warmte wordt afgevoerd of als licht opnieuw wordt uitgestraald. Gabor merkte op dat biologische systemen energie efficiënt extraheren, en zijn team probeert die efficiëntie te repliceren in kunstmatige materialen. De mechanismen die worden waargenomen bij fotosynthese, waarbij kwantumexcitaties tussen moleculen bewegen totdat ze een reactiecentrum bereiken, zouden nieuwe vormen van kwantumcontrole in synthetische apparaten kunnen informeren.
Het leger financiert dit onderzoek via een Multidisciplinaire University Research Initiative-subsidie van het Combat Capabilities Development Command Army Research Office. Programmamanager Tania Paskova verklaarde dat het begrijpen van vibronische effecten essentieel zou kunnen zijn voor de ontwikkeling van toekomstige kunstmatige biologische systemen binnen militaire toepassingen. “Dit onderzoek beantwoordt kritische wetenschappelijke vragen die een belangrijke rol zouden kunnen spelen bij het begrijpen en beheersen van vibronische effecten”, zei ze.
Het leger erkent aanzienlijke uitdagingen bij het vertalen van deze laboratoriumbevindingen naar praktische toepassingen. De meeste kwantumexperimenten vereisen lage temperaturen en gecontroleerde instellingen, die niet geschikt zijn voor slagveldomgevingen. Door zich te concentreren op fundamenteel onderzoek in plaats van op directe prototypes, duidt het leger op een strategische langetermijninvestering in de kwantumfysica, die tientallen jaren kan duren voordat deze volwassen is. Het succes van deze investering hangt volledig af van toekomstige experimentele resultaten, die nog hangende zijn.
