Квантовые вычисления и квантовая криптография, как ожидается, даст гораздо более высокий потенциал, чем их классические аналоги. Например, вычисление энергии в квантовой системе может расти в геометрической прогрессии вместо классической линейной скорости из-за разного характера базового блока, кубит (квантовый бит). Запутанные частицы позволяют небьющиеся коды для безопасной связи. Важность этих технологий побудило правительство США принимать законы Закон О Национальной квантовой инициативы, которая разрешает в течение следующих пяти лет $1,2 млрд для развития квантовой информатики.
Одиночных фотонов может быть важным кубит источник для этих приложений. Для достижения практического использования одиночных фотонов должна быть в длинах волн связи, которые варьируются от 1,260-1,675 нанометров, и устройство должно функционировать при комнатной температуре. На сегодняшний день, только один флуоресцентных квантовых дефектов в углеродных нанотрубках обладают одновременно обе функции. Однако точное создание этих одиночных дефектов было затруднено из-за методов подготовки, которые требуют специальных реактивов, трудно контролировать, медленно, действовать, создавать эмиссионных дефектов или расширении системы.
Сейчас исследования от Анжела Белчер, руководитель МИТ кафедра Biologicial машиностроения, Кох института членом, и Джеймс ремесел профессор биологической инженерии, а постдок-Цзин-Вэй Линь, опубликованные на сайте в природе связь, описывает простое решение для создания углеродных нанотрубок на основе однофотонных излучателей, которые известны как люминесцентные квантовые дефекты.
“Теперь мы можем быстро синтезировать эти люминесцентные квантовые дефекты в течение минуты, просто используя бытовой отбеливатель и свет”, — говорит Лин. “И мы можем производить их в больших масштабах”.
Лаборатории Белчер продемонстрировал это удивительно простой способ с минимальными нефлуоресцентных дефектов, образовавшихся. Углеродные нанотрубки были погружены в отбеливатель, а затем облучают ультрафиолетом меньше чем за минуту создать флуоресцентные квантовые дефекты.
Наличие флуоресцентных квантовых дефектов от этого метода значительно снижается барьер для перевода фундаментальных исследований до практических применений. Между тем, нанотрубки станут еще ярче, после создания эти люминесцентные дефектов. Кроме того, возбуждения/эмиссии этих дефектов углеродных нанотрубок сдвигается к так называемой коротковолновой инфракрасной области (900-1,600 Нм), который является невидимым оптически окно, которое имеет несколько больших длинах волн, чем обычный ближний инфракрасный. Более того, операции на больших длинах волн с более яркими излучателей дефекта, позволяют исследователям видеть сквозь ткань более четко и глубоко для оптической визуализации. В результате, недостаток углеродных нанотрубок на основе оптических датчиков (как правило, сопряжен с адресно материалами этих дефектов углеродных нанотрубок) позволит значительно улучшить качество изображения, что позволяет выявлять рак и лечения, такие как раннее выявление и изображения-руководствуясь хирургии.
Онкологические заболевания являются второй по значимости причиной смерти в Соединенных Штатах в 2017 году. Экстраполировать, это выходит около 500 000 человек, которые умирают каждый год от онкологических заболеваний. Цель в Белчер лаборатории состоит в разработке очень яркий зонды, которые работают на оптимальном оптическое окно для поиска на очень небольших опухолях, в первую очередь яичников и рака мозга. Если врачи могут обнаружить ранее заболевания, выживаемость может быть значительно увеличена, по данным статистики. И теперь новые яркие флуоресцентные квантового дефекта может быть правильным инструментом для модернизации существующих систем визуализации, глядя на еще меньшие опухоли за счет эмиссии дефект.
“Мы продемонстрировали четкую визуализацию структуры сосудистой и лимфатической систем, используя 150 раз меньшее количество зондов по сравнению с предыдущим поколением систем визуализации,” Белчер говорит, “Это означает, что мы продвинулись на шаг вперед, ближе к раннему выявлению рака”.
В сотрудничестве со странами, из Университета Райс, reearchers может определить впервые распределение квантовых дефектов в углеродных нанотрубках с помощью нового метода спектроскопии спектроскопия называется дисперсией. Этот метод помог исследователям следить за качеством квантового дефекта, содержащиеся-углеродные нанотрубки и легче находить правильное синтетических параметров.
Другие соавторы Массачусетского технологического института включают биологической инженерии аспирант Анна Tsedev, материаловедения и инженерии аспирант Shengnan Хуан, а также профессор Р. Брюс Вайсман, Сергей Бачило, и Чжэн Юй из Университета Райса.
Эта работа была поддержана грантами от мраморный Центра рака наномедицины, научно-исследовательской программы Института Коха граница, рубеж, Национальным научным фондом, и Уэлч Фонда.
