Ilmu pengetahuan Attosecond, studi yang diarahkan dengan laser tentang apa yang terjadi pada materi dalam skala waktu yang sangat singkat, dapat membawa kemajuan besar dalam pemahaman kita tentang proses tercepat di alam.
Hal ini dapat meningkatkan kemampuan komputer dalam memecahkan masalah, mengembangkan sel energi surya yang lebih efisien, dan mengidentifikasi perawatan medis baru serta meningkatkan proses diagnostik – semua bidang penelitian yang penting saat kita mencari solusi terhadap perubahan iklim dan cara-cara inovatif untuk memerangi penyakit.
Satu attodetik setara dengan sepersejuta miliar detik. Ilmu attodetik: topik Hadiah Nobel Fisika 2023
– Melibatkan penggunaan gelombang sinar laser yang intens dan sangat pendek untuk mentransfer banyak energi ke material “target”. Hal ini menyebabkan material tersebut memancarkan partikel elektron yang bergerak sangat cepat bersama dengan sinar ultraviolet dan sinar X, sehingga pergerakan elektron dapat diamati secara real time.
Fisikawan seperti saya kemudian dapat mengukur atau memprediksi bagaimana elektron bergerak, sesuatu yang biasanya tidak dapat dilakukan. Dan dengan memperpendek pulsa attodetik lebih jauh lagi, kita dapat mempelajari lebih lanjut tentang perilaku elektron.
Elektron adalah partikel yang sangat kecil (bahan penyusun materi) yang membawa energi dalam atom, biomolekul (yang dapat bertindak sebagai obat baru), struktur nano, dan logam. Mengontrol pergerakan elektron dan menangkapnya dalam gambar dapat sepenuhnya mengubah cara kita melihat dan berinteraksi dengan alam. Ilmu Attosecond telah menghasilkan penelitian baru di berbagai bidang seperti attokimia, attobiologi Dan atomroskopi.
Memperpendek denyut nadi
Dalam beberapa tahun terakhir, pulsa laser yang digunakan dalam ilmu attosecond menjadi lebih pendek dan medan laser menjadi lebih intens. Rekor dunia untuk denyut cahaya terpendek adalah 43 attodetik, dicapai di sebuah universitas Swiss ETH Zurich pada tahun 2017.
Ini memecahkan rekor 53 attosekon didirikan beberapa bulan sebelumnya oleh para peneliti dari Universitas Florida Tengahyang telah memecahkan rekor dunia dua kali sebelumnya lima tahun.
Pulsa attodetik yang sangat pendek ini juga membawa lebih banyak energi, terutama bila dihasilkan menggunakan a laser elektron bebasyang dapat menjangkau elektron jauh di dalam inti atom yang sebelumnya tidak dapat diakses.
Sains Attosecond memungkinkan para ilmuwan untuk mengeksplorasi dasar-dasar fisika kuantum dalam kondisi yang lebih luas. Sebuah tim di Korea Selatan melaporkan mencapai intensitas laser yang setara dengan mengambil “seluruh sinar matahari di planet ini” dan memampatkannya menjadi satu area. “seukuran sel darah merah”.
Hal ini mungkin membuka jalan bagi penciptaan partikel subatom dari ruang hampa hanya dengan menggunakan cahaya, sehingga memberikan cara baru bagi fisikawan untuk mempelajari partikel-partikel ini, bahan penyusun materi di alam semesta kita.
Dalam dekade terakhir, sains attodetik juga telah mengalihkan fokusnya dari materi gas dan molekul kecil ke padatan Dan molekul organik. Namun medan elektromagnetik kuat yang dihasilkan oleh laser dapat mengubah struktur target, atau bahkan menghancurkannya, sehingga proses ini mungkin sulit dilakukan oleh para ilmuwan.
Dalam material seperti fotovoltaik organik (digunakan dalam sel surya), yang mengandung zat berbasis karbon, termasuk plastik, elektron berinteraksi satu sama lain dan dengan lingkungan sekitar saat terkena pulsa attodetik.
Mempelajari perilaku ini dapat membantu para ilmuwan meningkatkan teknologi sel surya: melacak sepersekian detik setelah cahaya mengenai sel. bisa mengizinkan Materi yang dikandungnya akan dimodifikasi sehingga meningkatkan performa.
Ilmu Attosecond bisa mengarah pada pemahaman yang lebih baik fotosintesisdimana tumbuhan mengubah energi cahaya menjadi energi kimia untuk menopang kehidupan. Pedesaan juga bisa menjadi kunci pembangunan komputer optoelektronikyang mereka miliki kecepatan peralihan (ukuran daya tanggapnya) 100.000 kali lebih cepat dibandingkan perangkat elektronik digital yang ada.
Kecepatan peralihan yang cepat memungkinkan perangkat melakukan lebih banyak operasi per detik, sehingga memungkinkan komputer lebih cepat.
Aplikasi kuantum
Investigasi teoritis terhadap potensi menggabungkan ilmu attosecond dengan komputasi kuantum sedang berlangsung. Setidaknya secara teori, menggabungkan keduanya dapat memungkinkan penghitungan yang sangat sulit melebihi apa yang dapat dilakukan dengan komputer konvensional. Perangkat ini dimungkinkan berkat beberapa prinsip penting fisika kuantum.
Salah satu prinsipnya adalah “superposisi”: kemampuan partikel kuantum, seperti atom, untuk berada dalam beberapa keadaan kuantum pada saat yang bersamaan. Komputer kuantum mengkodekan datanya menjadi partikel yang dikenal sebagai qubit. Jadi jika qubit berada dalam superposisi, ini berarti mereka dapat menganalisis sejumlah besar solusi potensial untuk suatu masalah sekaligus, sebuah keunggulan utama dibandingkan komputer konvensional.
Prinsip penting lainnya adalah “keterikatan”, di mana dua atau lebih partikel subatom terhubung. Hal ini memungkinkan banyak qubit bertindak secara terkoordinasi, yang juga memungkinkan kecepatan pemrosesan lebih cepat.
Tujuan akhir adalah untuk mencapai kondisi yang memungkinkan efek kuantum direkayasa secara tepat, sehingga kita dapat membangun komputer kuantum yang memiliki kegunaan praktis. Hingga saat ini, hal ini dicapai dengan mencoba menghindari “dekoherensi”, di mana qubit secara spontan kehilangan sifat kuantumnya.
Namun proses yang disebabkan oleh cahaya dan skala waktu yang sangat singkat dalam ilmu attosecond dapat memberi kita pilihan lain untuk mencapai kontrol yang lebih baik atas qubit dalam komputer kuantum.
Baru-baru ini, skema penggunaan pulsa attodetik dalam molekul kecil untuk mengontrol keterjeratan dan koherensi qubit (sehingga mereka terus berperilaku sesuai dengan hukum fisika kuantum) telah berhasil dicapai. terbukti.
Carla Faria, Penulis disediakan (tidak digunakan kembali)
Bagian integral dari hasil kerja kelompok saya di UCL adalah untuk mengeksplorasi pendekatan baru terhadap fenomena attodetik, mengembangkan kegunaan pencitraan ultracepat, dan mempelajari efek kuantum di dalam daerah yang berbeda.
Bidang yang begitu dinamis membawa serta a kontroversi yang cukup besar. Komunitas ilmiah attosecond terbagi menjadi faksi-faksi yang berbeda pendapat beberapa poin mendasar.
Untuk mengubah kontroversi menjadi diskusi konstruktif, kami ikut mendirikan Lokakarya pertempuran kuantumdi mana peneliti awal karir dari kelompok saingan bertemu secara online dan secara langsung untuk membahas topik kontroversial. Kami juga menyelenggarakan serangkaian seminar gratis yang disebut Atto Fridays, dengan pembicaraan dan debat yang diposting di kami saluran youtube.
Kami beruntung dan merasa terhormat memiliki banyak pemimpin di bidang ini (termasuk satu atau dua pemenang Hadiah Nobel) yang mendukung kegiatan kami. Kami berharap hal ini akan membantu mendorong ilmu pengetahuan attosecond menuju kemajuan yang dapat memberikan dampak besar pada banyak bidang penelitian.