Żyjemy w czasach rewolucji technologicznej, w erze mikroprocesorów i Internetu. U podłoża tych zmian leżą badania naukowe w dziedzinie fizyki ciała stałego i optyki, które zaowocowały rozwojem elektroniki i telekomunikacji. Każda technologia napotyka jednakże granice swojego rozwoju wyznaczone przez prawa fizyki.
Moc obliczeniowa procesorów, gęstość zapisu danych i przepustowość sieci komputerowych nie mogą zwiększać się bez końca, jak sugeruje to empiryczne prawo Moore’a. Aby przesuwać te granice, należy poszukiwać technologii opartej na innych niż stosowane do tej pory mechanizmach fizycznych. Badania naukowe w zarysowanym powyżej obszarze są prowadzone na naszym uniwersytecie w nowo utworzonym Instytucie Spintroniki i Informacji Kwantowej.
Spintronika i magnonika wykorzystują kwantową własność elektronu, zwaną spinem, do przesyłania i przetwarzania informacji. Spin jest intuicyjnie rozumiany jako wewnętrzny moment pędu elektronu, manifestujący się w zjawiskach magnetycznych. Może on być przenoszony przez przepływające elektrony jako tzw. prąd spinowy lub też rozchodzić się w formie fali spinowej i jej kwantów – magnonów. Informacja przenoszona przez prąd spinowy i falę spinową może być przetwarzana bardzo szybko w urządzeniach o rozmiarach nanometrów i, co istotne w odniesieniu do układów elektronicznych, z niewielkimi stratami energii w postaci wydzielanego ciepła.
Informacja, zapisana w kwantowych własnościach badanych układów, ujawnia w szczególnych warunkach swój nielokalny charakter. Pozwala to na wykonywanie niespotykanych w makroświecie operacji logicznych oraz obliczeń. Otwiera również drogę do implementacji algorytmów kwantowych, umożliwiających rozwiązywanie złożonych problemów obliczeniowych, które są poza zasięgiem klasycznych komputerów, opartych na konwencjonalnych układach elektronicznych.
Badania z zakresu magnetyzmu i fizyki zjawisk spinowych oraz informatyki i kryptografii kwantowej są prowadzone na Wydziale Fizyki od wielu lat i cieszą się dużym uznaniem w kraju i za granicą. Warto wspomnieć, że poznański badacz, prof. Józef Barnaś (czł. rzecz. PAN), jest jednym z prekursorów spintroniki, znanym z teoretycznego wyjaśnienia zjawiska gigantycznego magnetooporu, za którego odkrycie przyznano Nagrodę Nobla w 2007 roku. Natomiast prof. Roman Micnas (czł. rzecz. PAN) jest wybitnym fizykiem zajmującym się materią kwantową, w tym nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym, a prof. Adam Miranowicz, wraz ze swoim zespołem, prowadzi przełomowe badania dotyczące teorii informacji kwantowej i protokołów kwantowych. Z kolei magnonika jest badana w grupie prof. Macieja Krawczyka, który jest uznanym ekspertem w tej dziedzinie.
Cały artykuł dostępny na Uniwersyteckie.pl
tekst: prof. Ireneusz Weymann i prof. Jarosław W. Kłos
fot. Adrian Wykrota