Квантовая нанонаука - Quantum nanoscience

Квантовая нанонаука это фундаментальные исследования площадь на пересечении наноразмер наука и квантовая наука, которая создает понимание, позволяющее развивать нанотехнологии. Оно использует квантовая механика исследовать и использовать когерентные квантовые эффекты в инженерных наноструктурах. В конечном итоге это может привести к разработке новых типов наноустройств и материалов в наноскопическом масштабе, в которых функциональность и структура квантовых наноустройств описываются с помощью квантовых явлений, таких как суперпозиция и запутанность. По мере роста работ по реализации квантовых вычислений квант приобрел новое значение, которое описывает эффекты в этом масштабе. Текущий квант относится к квантово-механическим явлениям суперпозиции, запутанности и квантовой когерентности, которые созданы вместо естественных явлений.

Основные концепции

Согласованность

Квантовая нанонаука исследует и использует когерентные квантовые эффекты в создаваемых наноструктурах. Когерентность - это свойство квантовой системы, которое позволяет предсказать ее эволюцию во времени, если она была приготовлена в суперпозиции различных квантовых состояний. Это свойство важно, когда кто-то намеревается использовать систему для определенных задач, например, для выполнения последовательности логических операций на квантовом компьютере. Квантовая когерентность хрупка и может быть легко потеряна, если система станет слишком большой или подвергнется неконтролируемому взаимодействию с окружающей средой. Функциональность с квантовой когерентностью обещает сделать возможными прорывные технологии, такие как квантовые вычисления, квантовая связь, квантовое моделирование, и квантовое зондирование. Когерентные квантовые эффекты в наномасштабе - относительно неизведанная территория. Таким образом, область квантовой нанонауки является особенной среди фундаментальных наук, потому что она открывает путь к этой границе человеческого знания.

Квантовая когерентность лежит в основе квантовой нанонауки. Цель данной области - манипулировать и использовать квантово-когерентные функции. Большая часть квантовой нанонауки посвящена пониманию механизмов декогеренция чтобы сохранить и максимизировать согласованность.

Суперпозиция

Суперпозиция это квантовые явления, в которых объект может одновременно существовать в двух состояниях. Классическое описание - это мысленный эксперимент Кот Шредингера. В этом Gedanken В эксперименте кошка может быть как живой, так и мертвой, пока состояние кошки действительно не будет соблюдено.

Запутанность

Запутанность может связывать квантовые состояния двух или более объектов на любом расстоянии. Запутанность лежит в основе квантовая телепортация и квантовая связь.

Включение трехсторонних участников

Возможные составляющие: материалы, инструменты, устройства и исследования квантовости, которые стремятся к квантовой когерентной функциональности, являются частью квантовой нанонауки.

Стремление к функциональным возможностям, обеспечивающим квантовую когерентность, включает в себя перспективные области квантовых нанонаучных исследований, такие как предоставление материалов и инструментов, направленных на достижение функциональных возможностей, обеспечивающих когерентность. Элементы квантовости, материалы, инструменты и производство - все квантовые и / или нано. Квантовая нанонаука может включать их, пока они идут по пути к квантовой когерентной функциональности.

Приложения

Квантовая нанонаука является основой квантовых нанотехнологий, а новые квантовые нанотехнологии создают новые возможности для исследований в области квантовой нанонауки.

Квантовые вычисления
Квантовая коммуникация это сверхбезопасная, защищенная от взлома связь с использованием запутанных состояний.
Квантовый симулятор
Квантовое зондирование использует квантовое состояние, чтобы ощущать другой объект. Хрупкость когерентности можно превратить в ресурс, используя потерю когерентности квантовой системы как чувствительный инструмент для исследования самой окружающей среды.

Смотрите также

Квантовая
Квантовый компьютер
Премия Кавли - награды за выдающиеся научные работы в области астрофизика, нанонаука и нейробиология
Центр квантовой нанонауки

дальнейшее чтение

Фейнман, Ричард П. (Март 1992 г.). «Внизу [хранилище данных] достаточно места». Журнал микроэлектромеханических систем. 1 (1): 60–66. Дои:10.1109/84.128057. ISSN 1057-7157.
Бениофф, Пол (Май 1980 г.). «Компьютер как физическая система: микроскопическая квантово-механическая гамильтонова модель компьютеров, представленная машинами Тьюринга». Журнал статистической физики. 22 (5): 563–591. Дои:10.1007 / BF01011339. ISSN 1572-9613.
Бениофф, Пол (7 июня 1982 г.). «Квантово-механические модели машин Тьюринга, которые не рассеивают энергию». Письма с физическими проверками. 48 (23): 1581–1585. Дои:10.1103 / PhysRevLett.48.1581.
Эйглер, Дональд; Швейцер, Эрхард К. (5 апреля 1990 г.). «Позиционирование отдельных атомов с помощью сканирующего туннельного микроскопа» (PDF). Природа. 344 (6266): 524–526. Дои:10.1038 / 344524a0. Получено 25 января 2019.
Милберн, Джерард Дж.; Вулли, М. Дж. (2008). «Квантовая нанонаука». Современная физика. 49 (6): 413–433. Дои:10.1080/00107510802601724.
Симан, Надриан (23 января 2003 г.). «ДНК в материальном мире» (PDF). Природа. 421 (6921): 247–231. Дои:10.1038 / природа01406. PMID 12540916. Получено 25 января 2019.
Джерард Дж. Милберн, Пол Дэвис, Машины Шредингера: квантовая технология, меняющая повседневную жизнь (ISBN 0716731061)
Дойч Д., физика, философия и квантовые технологии, в материалах Шестой Международной конференции по квантовой коммуникации, измерениям и вычислениям, Шапиро, Дж. and Hirota, O., Eds. (Ринтон Пресс, Принстон, Нью-Джерси, 2003 г.)
В.Э. Тарасов, Квантовая нанотехнология, Международный журнал нанонауки. Том 8. №4-5. (2009) 337–344.