Ein Quantendraht ist ein Kabel oder ein Draht, der in seiner Funktion oft einem Kupferdraht ähnelt, jedoch aus Nanoröhren eines bestimmten Elements, normalerweise Kohlenstoff, besteht. Quantendrähte sind normalerweise Leiter, können aber auch als Isolatoren oder Halbleiter hergestellt werden. Diese Drähte sind ideal für elektrische Verdrahtungsfunktionen und für den Einsatz in Raumfahrzeugen, da sie kleiner und leichter als ihre Gegenstücke aus Metall sind. Sie sind jedoch teuer in der Herstellung.
Nanotubes sind künstliche mikroskopische Röhren mit einem Durchmesser von 1 Nanometer, die 1 Milliardstel Meter messen. Zum Vergleich: Der Durchmesser eines einzelnen menschlichen Haares wird in Mikrometern gemessen, die 1,000-mal größer sind als ein Nanometer. Nanoröhren werden nicht nur zur Herstellung von Quantendrähten verwendet, sondern werden in einer Vielzahl von wissenschaftlichen Bereichen, einschließlich der medizinischen Forschung, verwendet.
1991 entdeckt, entstehen Nanoröhren, wenn ein Laser auf eine reine Substanz wie Kohlenstoff geschossen wird. Ursprünglich war dies ein langwieriger Prozess, bei dem viele potenzielle Nanoröhrchen verworfen wurden, weil sie nicht den Größenanforderungen entsprachen, aber die Forscher der Rice University hatten bis 1996 ein Verfahren zur Herstellung von Nanoröhrchen geeigneter Größe perfektioniert.
Nanoröhren müssen in Ketten miteinander verbunden oder verdrillt werden, um Quantendrähte zu bilden, die eine höhere Leitfähigkeit aufweisen als Kupferdrähte, dem besten metallischen Leiter von Elektrizität. Theoretisch hat ein Quantendraht ein Sechstel des Gewichts eines Kupferdrahts und kann Strom bis zu zehnmal effizienter leiten. Metallische Quantendrähte können aus Nickel (Ni) oder Gold (Au) bestehen. Diese Drähte sind größtenteils noch experimentell, werden aber in der Elektronik und Optik verwendet.
Die wohl wissenschaftlich spannendste Art von Quantendraht sind jedoch solche aus Kohlenstoff-Nanoröhren. Im Jahr 2005 führte die Rice University mit einem Zuschuss von 11 Millionen US-Dollar (USD) von der US-amerikanischen National Aeronautics and Space Administration (NASA) umfangreiche Forschungen zur Herstellung von Quantendrähten aus Kohlenstoffnanoröhren durch. Die Rice University sollte 2010 fertiggestellt werden und wurde damit beauftragt, einen Quantendraht herzustellen, der lang genug ist, um in Raumfahrzeugen verwendet zu werden.
Da die Drähte leichter und effizienter sind, glauben die NASA und andere Wissenschaftler, dass Quantendrähte dazu beitragen könnten, dass Raumschiffe weiter in den Weltraum reisen, da jedes zusätzliche Pfund ein Raumschiff mehr Treibstoff kostet. Wissenschaftler haben jedoch Probleme, genügend Nanoröhren herzustellen, um lange Drahtlängen herzustellen, da eine ganz bestimmte Nanoröhrenform, die als „Sessel“ bezeichnet wird, erforderlich ist, um sie zu Drähten zu verdrillen. Im Jahr 2005 hatten nur zwei Prozent der Nanoröhren die richtige Form für die Verwendung. Bis 2010 hatten die Forscher der Rice University jedoch erhebliche Fortschritte bei der Lösung des Problems gemacht, aber es war noch mehr Forschung erforderlich.