Kvantna fizika je upravo dokazala da je najzanimljivija stvar u materijalu — greška na spoju

Dvije godine. Toliko su fizičari s University of Osaka trebali da shvate kako se najčudniji elektroni u prirodi ne rađaju u srcu materijala, nego na šavu gdje se jedan sloj debljine jednog atoma naslanja na komad metala. Heavy fermions, teški fermioni — elektroni koji se ponašaju kao da su pojeli cijelu puricu na Božić i sad se vuku kroz kristalnu rešetku sto puta sporije nego što bi trebali. Objavili su to u prirodi, u phys.org, i svijet je kimnuo glavom i nastavio listati dalje prema tome što je Musk objavio na X-u.

A ovo je, jebeno, veća vijest od bilo kojeg Muskovog posta. Samo što nema memea.

Idemo prvo razjasniti što su teški fermioni, jer bez toga ostatak nema smisla. U normalnom metalu elektroni lete okolo kao turisti u lipnju po Rivi — brzo, veselo, svatko za sebe. U teškim fermionima, međutim, elektroni se nađu u okruženju gdje njihova interakcija s magnetima u rešetki postane toliko intenzivna da im se efektivna masa napuše do tisuću puta veće od normalne. Fizički gledano, to je kao da ste odlučili trčati maraton, a netko vam je zavezao gumu od traktora za nogu. Teoretski se krećete. Praktički, svaki korak je drama.

I sad — teški fermioni su zanimljivi ne zato što su spori, nego zato što se u njihovom društvu pojavljuju pojave koje fizičari zovu "egzotične". Neegzotično bi bilo da elektroni samo klize i griju žicu. Egzotično je kad se počnu dogovarati, kad formiraju kolektivna stanja, kad se odjednom — bez ikakvog vanjskog razloga — počnu ponašati kao jedna velika, čudna, koherentna cjelina. A kad se to dogodi, vrlo često se dogodi i ono što fizičari najviše vole: supravodljivost. Struja koja teče bez otpora. Nula gubitaka. Elektroni koji se drže za ruke i plešu kolo kroz materijal, a nitko ne zapinje.

E sad, ono što je ekipa iz Osake napravila je sljedeće: uzeli su materijal debljine jednog atoma — jedan sloj, praktički dvodimenzionalna stvar, kao papir ali od atoma — i naslonili ga na metal. I na tom šavu, na toj granici koja je široka možda nekoliko atoma, direktno su izmjerili stvaranje teških fermiona. Prvi put. U prirodi. Ne u simulaciji, ne u teoriji, ne u snovima doktoranata koji trebaju još jedan paper za tenure.

Zašto je to važno? Zato što do sada nismo znali da se takvo stanje može pojaviti na sučelju. Mislili smo da teški fermioni trebaju posebne, egzotične, često radioaktivne materijale — spojeve uranija, cerija, iterbija, stvari koje se ne mogu držati na stolu bez zaštitne opreme. A ovi su to napravili s nečim što je, u najgorem slučaju, zahtijevalo dobar mikroskop i mirnu ruku.

To znači jedno: ako teške fermione možete proizvesti na sučelju, onda ih možete proizvesti gdje god želite. Birate materijal A, birate materijal B, spajate ih, i na spoju dobivate kvantno stanje koje ste do jučer mogli samo sanjati. To je kao da ste otkrili da se najbolja pizza u gradu ne pravi u peći, nego u dodiru tijesta i podloge. Pa onda možete birati podlogu. Kamen, čelik, teflon, što god. I pizza je svaki put drugačija.

Koji kurac, pa to je cijela nova kuhinja.

Ovo je, u tehničkom smislu, upravo ono što je fotonika doživjela kad su shvatili da se kvantne točke mogu napraviti na sučelju dvaju poluvodiča. Ili što je elektronika doživjela kad su shvatili da tranzistor ne mora biti germanij, može biti silicij. Ili što je cijela moderna industrija doživjela kad je netko shvatio da se tanki filmovi mogu napariti na bilo što. Sučelje kao platforma. Granica kao proizvod.

I sad ću reći ono što nitko u toj industriji ne želi čuti: ovo je vijest koja će za pet do deset godina promijeniti način na koji se projektiraju kvantna računala, senzori i, ako Bog da, jednog dana i elektroenergetska mreža. Ne zato što ćemo sutra imati supravodljive kablove do Splita. Nego zato što smo upravo dobili alat kojim se kvantna stanja mogu dizajnirati po narudžbi, kao što se danas dizajnira čip.

A gdje je tu Hrvatska? Nigdje. Jer mi još raspravljamo o tome treba li Rijeka imati jedan ili dva kulturna centra i zašto je gradski proračun za IT trideset tisuća eura dok za fontane dajemo milijun. Ovo nije kritika konkretne gradske vlasti — to je kritika cijele države koja je odlučila da je znanost trošak, a ne investicija. U Osaki su ljudi proveli dvije godine mjereći elektrone na sučelju. Kod nas bi ta dva čovjeka provela dvije godine čekajući da im se odobri projektni prijedlog za EU fond, a onda bi im rekli da nisu ispunili formular jer nedostaje jedan potpis i da čekaju sljedeći poziv 2027.

I tako nam odlaze ljudi. Ne zato što nemaju talent. Nego zato što nemaju infrastrukturu, novac i, najvažnije, strpljenje sustava koji bi im dao pet godina mira da rade nešto što možda neće uspjeti. Sustav koji nagrađuje samo uspjeh ne proizvodi znanost. Proizvodi PowerPoint prezentacije.

Vratimo se na teške fermione. Ono što je posebno zanimljivo u ovom otkriću je da su istraživači mjerili ne samo da elektroni postoje u tom stanju, nego i kako se ponašaju. To znači da imamo kontrolu. A kontrola je sve. U kvantnoj fizici, gdje je sve vjerojatnost i interferencija, imati kontrolu nad stanjem elektrona znači imati mogućnost da se to stanje koristi. Za senzor. Za memoriju. Za logički element. Za nešto što još nemamo ime, a za pet godina će biti proizvod.

Zamislite, hipotetski, da se na sučelju dvaju materijala može napraviti Josephsonov spoj — osnovni element supravodljivih kvantnih računala. Danas se ti spojevi prave s aluminijem i niobijem, u procesima koji su skupi, krhki i zahtijevaju temperature blizu apsolutne nule. Ako se pokaže da se nešto slično može postići na sučelju sloja debljine jednog atoma i običnog metala, onda cijela ekonomija kvantnog računalstva pada na drugu razinu. Ne zato što ćemo imati bolje qubitove. Nego zato što ćemo ih moći proizvoditi kao čips.

A to onda otvara pitanje: koja država će to prva shvatiti? Japanci su već unutra. Amerikanci drže desetak grupa koje rade isto. Kinezi su uložili milijarde u kvantne materijale. Europljani, uključujući nas, još pišu strategije.

I onda se čudimo kad nam djeca odlaze u München ili Zürich.

Nije to nikakva tajna. Nije ni "s jedne strane, s druge strane". Stvar je u tome da se znanost ne događa na konferencijama, nego u laboratorijima, u tišini, s ljudima koji imaju plaću i vremena. Ako toga nema, imaš samo PR. A PR ne proizvodi supravodljivost.

Ono što je najljepše u ovom otkriću — i to je ono što ću pamtiti duže od bilo kojeg broja u paperu — jest da je otkriće došlo na mjestu gdje nitko nije gledao. Svi su gledali u posebne materijale. U rijetke zemlje, u egzotične spojeve, u stvari koje se ne mogu naći u prirodi. A odgovor je bio na sučelju. Na šavu. Na onom dijelu koji je do jučer bio samo tehnička nužnost, smetnja, problem koji treba minimizirati.

Koliko puta se to ponovilo u povijesti tehnologije? Tranzistor je nastao na sučelju metala i poluvodiča. Fotografija na sučelju srebra i svjetla. Cijela moderna mikroelektronika je priča o tome kako kontrolirati granicu između dviju stvari. A sad se ispostavlja da se i kvantna stanja mogu roditi na granici. Da granica nije problem. Da je granica proizvod.

Eto, to je poanta.

Ako ovo ne shvatimo, ako nastavimo ulagati u beton i fontane, a ne u laboratorije i ljude, onda ćemo i dalje čitati vijesti iz Osake i kimati glavom. I pitati se zašto nitko od naših ne radi takve stvari.

Odgovor je jednostavan. Zato što smo odlučili da nećemo.

Budućnost je stigla. Donijela je račun. I, kao i obično, platit će ga oni koji nisu ni znali da su igrali.

Izvor: phys.org