Sluta! I namnet kvantvetenskap och teknik.

Den välkända refrängen avser en ny prestation inom kvantteknik, ett framväxande forskningsfält som försöker utnyttja de unika egenskaperna hos atomer och subatomära partiklar.

Ett universitet vid Buffalo-ledda forskargrupper har utvecklat ett "trafikljus" som kan få kvantvågor att stanna. Framstegen kan vara nyckeln till att utnyttja atomvärldens potential, så småningom leder till genombrott inom datorer, medicin, kryptografi, materialvetenskap och andra tillämpningar.

"Det är ett forskningsområde av enorm betydelse, "säger UB elingenjör Jon Bird, Ph.D., medförfattare till en studie som nyligen publicerats i tidskriften Fysiska granskningsbrev som beskriver det ovan nämnda arbetet.

Bird är professor och ordförande för Institutionen för elektroteknik vid UB School of Engineering and Applied Sciences. Jong Han, Ph.D., professor i fysik vid College of Arts and Sciences, är tidningens medledande författare.

Ytterligare författare kommer från laboratorierna i Bird and Han, liksom Center for Integrated Nanotechnologies at Sandia National Laboratories, och Korea Institute for Advanced Study.

Elektronernas mysterium

Även om elektroner är välkända för skolbarn, forskare försöker fortfarande förstå varför dessa subatomära partiklar beter sig som de gör, samt hitta nya sätt att manipulera dem.

I studien, laget "använde själva atomerna som utgör kristallstrukturen i halvledarmaterialen som vi studerar för att antingen hindra elektronernas passage, eller att låta dem passera fritt, i huvudsak att göra ett "trafikljus" för dessa kvantpartiklar. Vi gör detta genom att 'skaka' dessa atomer kontrollerbart, genom applicering av små elektriska signaler till våra enheter, säger Bird.

Forskarna isolerade en specialbyggd nanoledare vid en extremt kall temperatur - minus 273 grader Celsius. Under sådana förhållanden, i denna ultralåga enhet, elektroner uppvisar en vågliknande natur.

Med andra ord, de beter sig mer som krusningar på ytan av en damm i motsats till punktliknande partiklar, som ofta beskrivs som biljardbollsliknande föremål som binder runt i raka linjer.

"Ungefär som ljus, eller vågor i havet, dessa kvantvågor kan bete sig på sätt som vi inte skulle förvänta oss för partiklar. De kan böja sig runt hörnen, till exempel, och utmaningen är att utveckla tekniker för att kontrollera, eller styra, dem, säger Han.

I studien, UB -forskarna uppnådde detta genom att applicera en liten mängd spänning på ledaren, och därmed låta dem skaka sina atomer på ett kontrollerbart sätt. När atomerna fick att skaka starkare, de gav en större källa till motstånd mot kvantvågorna, som blockerade vågorna från att passera genom ledaren.

"Det här är vad vi kallar en kvantpunktskontakt. Du kan se det som ett trafikljus. Bara istället för att stoppa bilar i en korsning, vi har visat förmågan att styra överföringen av elektronvågor i ett begränsat system genom att externt skaka atomerna i det systemet, säger Han.

Mycket kraftfullare datorer

Möjligheten att kontrollera subatomära partiklar som elektroner och fotoner är nyckeln till utvecklingen av kvantteknik, särskilt kvantdatorer.

Traditionella datorer behandlar information, eller bitar, i binär kod, vilket betyder att de lagrar data och utför beräkningar genom att tilldela värden "en" eller "noll". Kvantdatorer, som utvecklas av IBM, Google och andra företag, arbeta med "qubits" som kan representera enor och nollor samtidigt.

I teorin, detta tillvägagångssätt kan leda till mycket kraftfullare datorer än vad som finns idag. I tur och ordning, som skulle skapa stora ekonomiska och nationella säkerhetsfördelar.

UB-ledd forskning ger en grundläggande implementering av de tekniker som behövs för att styra kvantvågor i mikroskopisk skala, göra dessa tekniska framsteg till en möjlighet, Säger Bird.