O echipă de fizicieni de la Louisiana State University (LSU) a construit primul material cuantic capabil să distingă diferite stări cuantice ale luminii și să le dirijeze pe trasee separate, la temperatura camerei, fără nicio răcire criogenică. Descoperirea, publicată pe 15 iulie 2026 în revista Nature, ar putea debloca tehnologii cuantice practice, de la calculatoare și comunicații securizate până la senzori de precizie și panouri solare mai eficiente.
Cercetarea a fost condusă de Omar S. Magaña-Loaiza, profesor asociat de fizică la LSU, alături de o echipă din care fac parte Chenglong You, Riley B. Dawkins, Jannatul Ferdous și alți colegi. Studiul, intitulat „Quantum statistical plasmonic metacrystals”, a primit finanțare din partea Departamentului american al Energiei (Biroul pentru Științe Energetice de Bază).
Obstacolul care ținea pe loc tehnologiile cuantice
Materialele cuantice sunt considerate esențiale pentru viitorul computerelor performante, al comunicațiilor extrem de sigure și al sistemelor energetice avansate. Problema este că majoritatea acestor materiale își arată proprietățile neobișnuite doar atunci când sunt răcite aproape de zero absolut. La temperatura camerei, vibrațiile atomice generate de căldură distrug efectele cuantice fragile pe care cercetătorii vor să le controleze. Suprimarea acestor vibrații presupune instalații criogenice mari și costisitoare, care limitează multe materiale promițătoare la experimente de laborator, departe de aplicațiile practice.
Un cristal construit atom cu atom, dintr-un cip placat cu aur
În loc să caute în natură un material cu comportamentul dorit, echipa LSU a construit unul de la zero. Cercetătorii au acoperit un cip de sticlă cu un strat subțire de aur, apoi au folosit fascicule de ioni focalizate pentru a tăia sute de deschideri microscopice în metal. Fiecare fantă funcționează ca un „atom artificial”, iar ansamblul acestor structuri formează un cristal care nu are echivalent în natură, deși este mai subțire decât un fir de păr uman.
„Una dintre cele mai interesante părți ale acestui proiect a fost să realizăm că putem construi un material care face ceva ce natura nu oferă de la sine. Să-l vedem funcționând exact așa cum am prezis a fost extrem de satisfăcător”, a declarat Chenglong You, fost cercetător postdoctoral la LSU, în prezent profesor la University of Electronic Science and Technology of China, citat de SciTechDaily.
De ce contează coerența cuantică
Comportamentul cheie al noului material se numește coerență cuantică, adică felul în care particulele de lumină rămân „conectate” între ele într-un mod specific cuantic. Menținerea acestei coerențe este una dintre cele mai dificile provocări din domeniul informației cuantice. Potrivit studiului din Nature, metacristalul creat la LSU este primul material cuantic la temperatura camerei sensibil în mod natural la coerența cuantică a unor sisteme cu multe particule aflate în interacțiune, motiv pentru care echipa i-a dat un nume nou: cristal metaplasmonic cuantic-statistic.
„Pentru mine, acesta nu a fost doar un proiect, ci un efort colectiv construit în jurul ideii de a crea ceva complet nou în tehnologia cuantică”, a explicat Jannatul Ferdous, studentă doctorandă în grupul lui Magaña-Loaiza, citată de SciTechDaily. „Ceea ce a făcut totul cu adevărat interesant a fost faptul că nu cream doar o nouă clasă de material cuantic la temperatura camerei, ci dezvoltam și teoria necesară pentru a-l înțelege și controla.”
Aplicații posibile: calculatoare, comunicații și panouri solare
Materiale similare ar putea, în viitor, să transporte informația cuantică fragilă în interiorul calculatoarelor cuantice fără sistemele mari de refrigerare folosite astăzi. Aceeași abordare ar putea susține rețele de comunicații cuantice mai practice, detectoare foarte sensibile și alte tehnologii cuantice aflate în dezvoltare.
Un control mai eficient al luminii ar putea avea implicații și pentru energia regenerabilă. O parte din lumina soarelui care ajunge pe o celulă solară modernă rămâne „prinsă” în material și se transformă în căldură în loc de electricitate, limitând cantitatea de energie utilizabilă produsă. Un metacristal capabil să ghideze lumina pe trasee mai stabile ar putea păstra o parte mai mare din această energie în circuit, în loc să o lase să se piardă.
Magaña-Loaiza intenționează să testeze exact acest scenariu în etapa următoare a cercetării: echipa vrea să integreze metacristalul în celule solare și să verifice dacă acesta crește proporția de lumină solară transformată în electricitate. Un rezultat pozitiv ar arăta cum un material dezvoltat pornind de la fizica cuantică fundamentală poate contribui direct la tehnologiile solare ale viitorului.
Studiul complet, „Quantum statistical plasmonic metacrystals”, semnat de Chenglong You, Riley B. Dawkins, Jannatul Ferdous și colegii lor, poate fi consultat în Nature (DOI: 10.1038/s41586-026-10782-3).
