En speciell form av ljus gjord med en gammal namibisk ädelsten kan vara nyckeln till nya ljusbaserade kvantdatorer, som kan lösa långvariga vetenskapliga mysterier, enligt ny forskning ledd av University of St Andrews.

Forskningen, utförd i samarbete med forskare vid Harvard University i USA, Macquarie University i Australien och Aarhus University i Danmark och publicerad i Nature Materials , använde en naturligt utvunnen koppar(II)oxid (Cu₂ O) ädelsten från Namibia för att producera Rydberg-polaritoner, de största hybridpartiklarna av ljus och materia som någonsin skapats.

Rydbergs polaritoner växlar kontinuerligt från ljus till materia och tillbaka igen. I Rydbergs polaritoner är ljus och materia som två sidor av ett mynt, och materiasidan är det som gör att polaritonerna interagerar med varandra.

Denna interaktion är avgörande eftersom det är det som möjliggör skapandet av kvantsimulatorer, en speciell typ av kvantdator, där information lagras i kvantbitar. Dessa kvantbitar, till skillnad från de binära bitarna i klassiska datorer som bara kan vara 0 eller 1, kan ta vilket värde som helst mellan 0 och 1. De kan därför lagra mycket mer information och utföra flera processer samtidigt.

Denna förmåga skulle kunna göra det möjligt för kvantsimulatorer att lösa viktiga mysterier inom fysik, kemi och biologi, till exempel hur man gör högtemperatursupraledare för höghastighetståg, hur billigare gödselmedel kan göras för att potentiellt lösa global hunger, eller hur proteiner viker sig för att göra det lättare att producera effektivare läkemedel.

Projektledare Dr. Hamid Ohadi, från School of Physics and Astronomy vid University of St Andrews, säger att "att göra en kvantsimulator med ljus är vetenskapens heliga gral. Vi har tagit ett stort steg mot detta genom att skapa Rydberg-polaritoner, nyckelingrediensen i det."

För att skapa Rydberg-polaritoner fångade forskarna ljus mellan två starkt reflekterande speglar. En kopparoxidkristall från en sten som bröts i Namibia tunnades sedan ut och polerades till en 30 mikrometer tjock platta (tunnare än ett hårstrå) och klämdes in mellan de två speglarna för att göra Rydberg-polaritonerna 100 gånger större än någonsin tidigare.

En av de ledande författarna Dr. Sai Kiran Rajendran, från School of Physics and Astronomy vid University of St Andrews, säger att "det var lätt att köpa stenen på eBay. Utmaningen var att göra Rydberg-polaritoner som finns i en extremt smal färg räckvidd."

Teamet förfinar för närvarande dessa metoder ytterligare för att undersöka möjligheten att göra kvantkretsar, som är nästa ingrediens för kvantsimulatorer. + Utforska vidare

Upptäckten av materiavågspolaritoner kastar nytt ljus över fotonisk kvantteknologi