Die US-Armee investiert in die Quantenforschung, die erforscht, wie Vibrationen das elektronische Verhalten in ultradünnen Materialien beeinflussen. Wissenschaftler der University of California, Riverside, untersuchen, ob diese Quantenschwingungen, sogenannte vibronische Effekte, Energiegewinnungs- und Rechensysteme verändern könnten.
Das Zentrum für Quantenvibronik in Energie und Zeit (QuVET) bringt Experten aus den Bereichen Physik, Chemie, Ingenieurwesen und Biochemie zusammen, um diese Wechselwirkungen in biologischen und synthetischen Systemen zu untersuchen. Forscher wollen herausfinden, ob eine Quantenwellenfunktion über eine Grenzfläche springt oder an ihrer ursprünglichen Position bleibt. „Die Idee ist, dass Vibrationen zum Steuerknopf werden könnten, der künftige ‚Quantenvibronic-Schalter‘ ermöglicht, die Kristallvibrationen nutzen, um Quantenübergänge ein- und auszuschalten“, sagte Nathaniel Gabor, Professor für Physik und Astronomie.
Das Verständnis dieses Umschaltprozesses ist für die Weiterentwicklung von Technologien wie der Solarstromerzeugung von entscheidender Bedeutung. Aus Licht erzeugte Energie muss sich schnell in freie Ladungen aufteilen, um zu vermeiden, dass sie als Wärme verloren geht oder als Licht wieder abgegeben wird. Gabor stellte fest, dass biologische Systeme Energie effizient extrahieren, und sein Team versucht, diese Effizienz in künstlichen Materialien zu reproduzieren. Die bei der Photosynthese beobachteten Mechanismen, bei denen sich Quantenanregungen zwischen Molekülen bewegen, bis sie ein Reaktionszentrum erreichen, könnten zu neuen Formen der Quantenkontrolle in synthetischen Geräten führen.
Die Armee finanziert diese Forschung durch einen Zuschuss der multidisziplinären Universitätsforschungsinitiative des Combat Capabilities Development Command Army Research Office. Programmmanagerin Tania Paskova erklärte, dass das Verständnis vibronischer Effekte für die Entwicklung zukünftiger künstlicher biologischer Systeme für militärische Anwendungen von entscheidender Bedeutung sein könnte. „Diese Forschung beantwortet wichtige wissenschaftliche Fragen, die für das Verständnis und die Kontrolle vibronischer Effekte von entscheidender Bedeutung sein könnten“, sagte sie.
Die Armee erkennt erhebliche Herausforderungen bei der Umsetzung dieser Laborergebnisse in praktische Anwendungen. Die meisten Quantenexperimente erfordern niedrige Temperaturen und kontrollierte Einstellungen, die für Schlachtfeldumgebungen ungeeignet sind. Durch die Konzentration auf Grundlagenforschung statt auf unmittelbare Prototypen weist die Armee auf eine langfristige strategische Investition in die Quantenphysik hin, deren Reife Jahrzehnte dauern kann. Der Erfolg dieser Investition hängt vollständig von zukünftigen experimentellen Ergebnissen ab, die noch ausstehen.
