"Új típusú fénnyel, a felületi plazmonokkal foglalkozom. Az Utah-állambeli Snowbirdben rendezett nagyszabású kvantumelektronikai tanácskozáson vitaindító előadást tartottam, valamint beszámoltam az eredményekről a Texasi A and M Egyetem szimpóziumán is. Míg tíz évvel ezelőtt az én előadásom volt Snowbirdben az egyetlen, amelyik a témában elhangzott, most a konferencia ötöde foglalkozott a felületi plazmonokkal. Ennek az az oka, hogy az új típusú fény egy sor olyan alkalmazás lehetőségét teremtette meg, amelyekről korábban még álmodni sem mertünk" - mondta Kroó Norbert az MTI-nek.

A felületi plazmonok a fém felületén lévő vezetési elektronoknak a lézerfény segítségével gerjesztett hullámszerű mozgása. A "rendes" fény esetében a hullámhossz szab határt az optikai rendszerek felbontóképességének, ugyanis, ha két pont közelebb van, mint a hullámhossz fele, az egy pontnak látszik. Az új típusú fény esetében azonban nem létezik a difrakciós limit.

"Egy másik tulajdonsága, hogy viszonylag nagy térfogatban jelenlévő elektromágneses sugárzást nagyon kis felületre koncentrálja, óriási mértékben megnövelve ott az elektromágneses tér erősségét, ez például az onkológiában hasznosulhat. Immár klinikai vizsgálatokon tesztelik a magyar származású Naomi Halas irányításával kifejlesztett eljárást, amellyel +nanogömböcskéket+ juttatnak a daganatba, megvilágítják azokat, lokalizált felületi plazmonokat hozva létre. Ezek óriási elektromos tere roncsolja szét a rákos szöveteket" - ismertette az akadémikus.

Kroó Norbert

A felületi plazmonokra is érvényes az elektronikus tranzisztorok esetében létező tiltott sáv, amelyben az elektronok nem mozoghatnak. Ily módon létrehozhatók optikai tranzisztorok, amelyeknek számos előnye lesz, hiszen a fény sokkal gyorsabban terjed, mint az áram, amely ráadásul zavaró kölcsönhatásba is lép "a mellette folyó árammal".

"Az optikai tranzisztorok terjedését eddig a difrakciós limit gátolta, a felületi plazmonok segítségével viszont a nanométerek tartományában lehet dolgozni. Kis méretek, nagy sebesség és nincs zavaró kölcsönhatás más áramokkal, így sokkal hatékonyabbak és olcsóbbak lesznek az optikai tranzisztorok" - sorolta Kroó Norbert a felületi plazmonok előnyeit, amelyek a szenzorikában is alkalmazást nyertek, hiszen az új típusú fény segítségével gyakorlatilag egy molekula jelenlétét is ki lehet mutatni, például emberi leheletből a kezdeti fázisban ki lehet mutatni a rosszindulatú tüdődaganatot.

Kroó Norbert csoportjával jelenleg azzal foglalkozik, hogy miként lehet kisebb lézerekkel ugyanolyan optikai effektusokat létrehozni a felületi plazmonok segítségével, amilyeneket nagyobb lézerekkel, nagy laboratóriumokban érnek el hagyományos optikával. "Ebből nagyon érdekes dolog következett" - jegyezte meg az akadémikus. Mint kifejtette, az új típusú fényt úgynevezett pásztázó alagútmikroszkóppal lehet detektálni, ami nem más, mint egy nagyon hegyes tű egy fémfelülettel szemben.

"Amennyiben nagyon közel a tű a fémfelülethez, akkor úgynevezett alagútáram keletkezik, tehát anélkül, hogy a tű hozzáérne, folyik az áram a mikroszkópon keresztül, ha feszültség alá helyezzük, mint egy diódát. Azt fedeztük fel, hogy akkor is folyt az áram, hogyha nem kapcsoltunk feszültséget a mikroszkópra, továbbá akkor is, ha nullára csökkentettük az új típusú fényt gerjesztő lézer intenzitását" - mondta. A jelenséget például az úgynevezett Casimir-effektussal lehetne magyarázni, amikor vákuumban két, egymáshoz közel helyezett felület között vonzóerő (a Casimir-erő) jön létre. De egy másik lehetséges magyarázat egy elektron tereinek többszörös tükröződése.


"Amennyiben egy elektron kerül a tű és a fémfelület közé, az tükröződik a tűn, a fémen, mintha egy tükörteremben lennénk, amelyet végtelennek érzünk. Ez azt eredményezi, hogy nagyon kis feszültségnél is folyik áram. Kísérleteink során sikerült eldönteni, hogy a többszörös tüköreffektusról van szó" - ismertette.
A továbbiakban, amikor azt vizsgálták, hogy milyen görbéket nyernek a mikroszkópra adott feszültség növelésével, majd csökkentésével, kiderült, hogy azok nem egyenletesen, hanem lépcsőzetesen változnak.

"Az ember egy +monoton+ görbét várna, ezzel szemben +lépcsőfokokat+ nyertünk, ami csak kvantummechanikai képpel képzelhető el. Tehát egy újabb kvantummechanikai effektust találtunk, ami szenzációt keltett mindkét konferencián" - fogalmazott az akadémikus, aki szerint sokféle alkalmazása lehet a felfedezésnek, de erről még korai beszélni, további mérésekre van szükség.

"A mérések kimutatták, hogy egy-egy ilyen lépcsőben nagyon kevés elektron vesz részt. Ilyen kevés elektronnal reményeim szerint az elektronikai eszközökkel analóg optikai eszközöket is lehet előállítani - és egy álom - talán még kvantumszámítógépet is lehet készíteni" - összegezte Kroó Norbert.

A kvantumszámítógépről

A kvantumszámítógép olyan számítóeszköz, amelyik úgy végez adatokon számításokat, hogy közvetlen módon használ olyan kifejezetten kvantummechanikai jelenségeket, mint a kvantum-szuperpozíció és a kvantum-összefonódás. Hasonló újelvű architektúra az intervallum számítógép.

A hagyományos (vagy klasszikus) számítógépben az információt bitekben tárolják; a kvantumszámítógépben pedig qubitekben. A kvantumszámítás alapelve, hogy kvantumtulajdonságokat használunk adatok ábrázolására és strukturálására, továbbá kvantummechanizmusokat használunk arra, hogy műveleteket végezzünk ezen adatokkal.

Bár a kvantumszámítás még gyermekkorát éli, már végeztek olyan kísérleteket, amelyekben kis számú qubiten hajtottak végre kvantumszámítási műveleteket. A kutatások mind elméleti, mind gyakorlati területeken gyors ütemben folynak; sok nemzeti kormány és katonai ügynökség támogatja a kvantumszámítógépek kifejlesztésére irányuló kvantumszámítási kutatásokat, irányuljanak bár polgári vagy nemzetbiztonsági célokra, mint amilyen például a kriptoanalízis.

Ha nagy kvantumszámítógépeket tudunk építeni, azok bizonyos feladatokat (például a Shor-algoritmust) exponenciálisan gyorsabban tudnak megoldani, mint hagyományos számítógépeink. A kvantumszámítógépek különböznek más számítógépektől, mint például a DNS-számítógép, vagy a tranzisztoralapú számítógép. Bizonyos számítógép architektúrák, mint például az optikai számítógép, használhatják az elektromágneses hullámok klasszikus szuperpozícióját, de a specifikusan kvantummechanikai tulajdonságok nélkül; ezeknek sokkal kisebb lehetőségük van a számítások felgyorsítására, mint a kvantumszámítógépeknek.

A kvantumszámítás alapelve

- Egy klasszikus számítógép memóriája bitekből áll, ahol minden egyes bit vagy egyet vagy nullát tartalmaz.
- Egy kvantumszámítógép qubit-ek sorozatát kezeli. 
- Egy ilyen qubit nullát, egyet, vagy ezek kvantum szuperpozícióját tartalmazhatja, ami végtelen számú állapotot
tesz lehetővé. Egy kvantum számítógép ezeket a qubiteket kvantum logikai kapuk használatával manipulálja.
Egy kvantumszámítógéphez a qubitek egy lehetséges megvalósítása indulhat például két spinállapotú ("fel" és "le", amit általában így jelölnek: és ) részecskék használatával. Valójában azonban bármely A megfigyelhető mennyiség megfelelő jelölt lehet qubitek megvalósítására, amelyik az idő múlásával megmarad, továbbá A-nak van legalább két, diszkrét és jól megkülönböztethető sajátértéke. Ez azért igaz, mert minden ilyen rendszer leképezhető egy valódi spin-1/2 rendszerre.