Nanochip, ami átírhatja az univerzum szabályait

Dr. Aakash Sahai, a Villamosmérnöki Tanszék adjunktusa egy kvantumtechnológiai újítást fejlesztett ki, amely alapjaiban változtathatja meg azt, ahogyan a fizikát, a kémiát és az orvostudományt értelmezzük. A Advanced Quantum Technologies – a kvantumtudomány és anyagtudomány egyik legjelentősebb szakfolyóirata – a felfedezést a 2025. júniusi számának címlapjára tette.

„Rendkívül izgalmas, mert ez a technológia teljesen új kutatási területeket nyithat meg, és közvetlen hatással lehet a világra” – nyilatkozta Sahai. „Ahogy korábban az atomfizika eredményei elvezettek a lézerek, a számítógépes chipek és a LED-ek megjelenéséhez, ez az innováció – amely szintén az anyagtudományra épül – hasonló áttörést jelenthet.”

Hogyan működik?

Sahai módszerével olyan extrém erősségű elektromágneses mezők hozhatók létre laboratóriumi körülmények között, amelyeket eddig csak hatalmas, milliárdos berendezésekkel lehetett előállítani. Ezeket a mezőket az anyagban mozgó, oszcilláló elektronok generálják – ezek hajtják a számítógépes chipeket és a részecskegyorsítókat is, amelyek például a sötét anyag nyomait kutatják.

A probléma eddig az volt, hogy ilyen kísérletekhez óriási létesítmények kellettek – például a svájci CERN 27 kilométeres gyorsítógyűrűje, a Nagy Hadronütköztető (LHC), melyet óriási erőforrásokkal, rendkívüli költségekkel üzemeltetnek. Ez azonban változhat.

Sahai olyan szilícium-alapú anyagot fejlesztett ki, amely a hüvelykujj méreténél is kisebb chipen képes kezelni a nagyenergiás részecskenyalábokat, miközben stabilan tartja az elektromágneses mezőket létrehozó kvantumelektron-gáz oszcillációit, és elvezeti a hőt. Ez azt jelenti, hogy ugyanazokat a kísérleteket, amelyekhez korábban kilométeres gyorsítók kellettek, most egy tenyérnyi eszközzel is el lehet végezni.

„Az igazi áttörés az, hogy ekkora energiaáramlást úgy tudunk szabályozni, hogy közben az anyag szerkezete stabil marad” – mondta Kalyan Tirumalasetty, Sahai laboratóriumának végzős hallgatója és társkutatója. „Ez a technológia valóban változást hozhat a világban – abban, ahogyan megértjük a természetet, és abban is, ahogyan ezt a tudást hasznosítjuk.”

A jövő alkalmazásai: gammasugár-lézerek és kvantumképalkotás

A CU Denver már benyújtotta az amerikai és nemzetközi szabadalmi kérelmeket a technológiára. Bár az ipari és orvosi alkalmazások még évekbe telhetnek, a kutatókat az motiválja, hogy az univerzum mélyebb megértésével valódi változást hozhatnak az emberi életbe.

„A gammasugár-lézerek valósággá válhatnak” – mondta Sahai. „Eljuthatunk odáig, hogy nemcsak sejtszinten, hanem atommag szinten is láthatóvá válik az élő szövet. Ez felgyorsíthatja az olyan alapvető fizikai kölcsönhatások megértését, amelyek a mikroszkopikus világot uralják – és ezáltal forradalmasíthatja a gyógyítást is. Képzeljük el: egy gammasugár-lézerrel képesek lehetnénk sejtszinten, akár egyes daganatos sejtek magját is célzottan elpusztítani anélkül, hogy az egészséges szövetek sérülnének.”

De a technológia nemcsak orvosi csodák lehetőségét rejti magában. Az extrém plazmontechnika segíthet a multiverzum létezését vizsgáló elméletek tesztelésében, és betekintést adhat a világegyetem „szövetének” legmélyebb szerkezetébe.

„Számomra az a legfontosabb, hogy megértsük a természet működését alapvető szinten” – mondta Tirumalasetty. „De a mérnökök nemcsak megértik – eszközöket adnak a tudósok kezébe, hogy felfedezhessenek. És ez… ez igazán izgalmas.”

A kutatópáros idén nyáron visszatér a kaliforniai SLAC Nemzeti Gyorsítólaboratóriumba, hogy tovább finomítsák a szilíciumchipet és a lézertechnikát. A fejlesztés nem hollywoodi tempóban halad – valójában a munka alapjait már 2018-ban lefektették, amikor Sahai először publikált az antianyag-gyorsítókról.

„Ez nem megy egyik napról a másikra – de a saját életemben, azt hiszem, meg fog valósulni” – tette hozzá Sahai.