Heute können MP3-Player, die kleiner als ein Streichholzheft sind, zwei Gigabyte an Informationen aufnehmen – genug Platz für etwa 500 Songs. Wenn es um die Fähigkeiten, Leistung, Geschwindigkeit und Energieeffizienz geht, die in ein Handy oder einen Laptop gepackt werden können, deutet ein Phänomen namens Quanten-Trugbild darauf hin, dass die Oberfläche bisher möglicherweise nur angekratzt wurde. Im Wesentlichen ist Quanten-Trugbild ein Phänomen, das darauf hindeutet, dass Daten ohne herkömmliche Kabel übertragen werden können.
1993 entdeckten IBM-Wissenschaftler das Konzept der Quanten-Trugbilder. Diese Entdeckung kann als Wendepunkt in der Geschichte der Nanotechnologie angesehen werden, auch wenn integrierte Schaltkreise bei der Miniaturisierung an ihre Grenzen stoßen. So fortschrittlich diese Technologie auch geworden ist, sie hängt von etwas ab, das im 19. Jahrhundert erfunden wurde – Drähte. Irgendwann werden die Drähte für den effizienten Elektronenfluss zu klein und die Verbindung verpufft.
Diese Wissenschaftler von IBM glauben, dass Quanten-Trugbilder zur Schaffung von Schaltkreisen auf atomarer Ebene führen können. Anstatt durch Drähte zu fließen, reitet die Information in diesem atomaren Schaltkreis auf einer Welle in einem Meer von Elektronen.
Ein Team von IBM unter der Leitung von Don Eigler hat ein Experiment aufgebaut, um Quanten-Trugbilder in Aktion zu demonstrieren. Unter Verwendung eines Raster-Tunnel-Mikroskops bauten sie eine Ellipse mit einem 5,000-mal kleineren Durchmesser als ein menschliches Haar zusammen. Die Ellipse wurde von einer Kette von 36 Kobaltatomen auf der Oberfläche eines auf vier Grad über dem absoluten Nullpunkt abgekühlten Kupferkristalls gebildet.
Sie verwendeten eine Ellipse, weil sie als geometrische Form an jedem Ende ihrer Längsachse sogenannte Fokuspunkte hat. Wenn Sie eine Linie von einem Fokuspunkt zu einem beliebigen Punkt auf der Ellipse und dann zum gegenüberliegenden Fokuspunkt ziehen, bleibt der Abstand immer gleich.
Sie verwendeten Kupfer, weil es nicht magnetisch ist und Kobaltatome magnetisch sind. Sie frieren das Kupfer tief ein, denn wenn es so kalt ist, erzeugen die Elektronen im Kupfer eine Resonanz, die Kondo-Effekt genannt wird, wenn ein Kobaltatom mit ihnen in Kontakt kommt. Der Kondo-Effekt ist die Vorstellung, dass der elektrische Widerstand bei einer Temperatur nahe 0 Kelvin divergiert.
Die Ellipse aus Kobaltatomen bildete einen Korral, der Elektronen aus dem Kupferkristall enthielt. Als die IBM-Wissenschaftler das Raster-Tunnel-Mikroskop benutzten, um ein Atom innerhalb der Ellipse zu positionieren, sahen sie erwartungsgemäß den Kondo-Effekt. Aber als sie das Kobaltatom zu einem der Brennpunkte auf der Ellipse bewegten, trat der Kondo-Effekt am anderen Brennpunkt auf.
Im Wesentlichen ritt die Resonanz, die durch die Wechselwirkung des magnetischen Kobaltatoms mit den nichtmagnetischen Kupferelektronen erzeugt wurde, eine Welle durch die in der Kobaltkette enthaltenen Elektronen zum anderen Brennpunkt. All dies, obwohl kein Atom da war. Die Wissenschaftler nannten diesen Effekt Quanten-Trugbild.
IBM-Wissenschaftler vermuten, dass Quanten-Trugbilder ähnlich wie die Fokussierung von Licht mit Linsen oder Schall mit parabolischen Reflektoren betrieben werden können. Aber die Technik hat noch einen langen Weg vor sich. Das Aneinanderreihen einer Atomkette mit einem Raster-Tunnelmikroskop erfordert viel Zeit und Energie. Aber wenn der Prozess beschleunigt und verfeinert werden kann, stellen Sie sich vor, eines Tages könnten Menschen 10,000 Songs in einem mikroskopisch kleinen MP3-Player speichern, der ins Innenohr implantiert wird. Warum nicht? Mit Phänomenen wie Quanten-Trugbildern, die im Universum existieren, ist alles möglich.