– Vi jobber med å forstå hvordan vi kan bruke elektroners spinn, en kvantefysisk egenskap, til å lagre og overføre informasjon uten energitap, forklarer professor Asle Sudbø til programleder Kristopher Schau i podkasten Nysgjerrige Norge.

På NTNU i Trondheim leder Sudbø forskningen ved Senter for Kvantespintronikk (QuSpin). 

Her undersøker forskere hvordan kvantefysikkens prinsipper kan brukes til å utvikle ny teknologi. Den skal være mer energieffektiv og raskere enn dagens elektronikk.

I tradisjonell elektronikk flytter elektroner seg gjennom en krets. Dette fører til elektrisk motstand og varmetap. 

En kvantespintronisk tilnærming kan eliminere problemet. Slik kan det bli mulig å skape en ny generasjon teknologi med minimalt energiforbruk.

Elektroner som bølger og magneter

For å forstå hva kvantespintronikk handler om, må vi først se på hvordan elektroner oppfører seg på mikroskopisk nivå. 

I klassisk fysikk tenker vi på elektroner som små partikler, men i kvantefysikken er bildet mer komplekst – de er også bølger.

– Elektroner har ikke bare ladning, men også en egenskap vi kaller «spinn», sier Sudbø.

Spinn gjør at elektroner kan oppføre seg som små magneter. 

Forskere ved QuSpin utforsker hvordan denne egenskapen kan brukes til å manipulere informasjon uten å flytte på selve elektronene. 

Dette kan føre til utviklingen av spinnbaserte databrikker som nesten ikke bruker strøm.

Superledning: Energioverføring uten tap

Et annet sentralt forskningsfelt ved QuSpin er superledning. Dette er et fenomen der elektroner beveger seg uten motstand. 

Vanlige ledninger mister mye energi i form av varme. Men en superleder kan transportere strøm uten noe energitap. Problemet er at superledning bare fungerer ved ekstremt lave temperaturer.

– Vi drømmer om superledere som fungerer ved romtemperatur. Klarer vi det, kan vi drastisk redusere energiforbruket i alt fra kraftnett til datamaskiner, forklarer Sudbø.

En av de store utfordringene forskerne står overfor, er å forstå hvordan kvantemekaniske fenomener oppstår når mange partikler oppfører seg kollektivt. 

Sudbø refererer til en kjent setning innen fysikken: «More is different». Det handler om at når mange partikler samhandler, kan helt nye egenskaper oppstå.

Kan kvantefysikk redde miljøet?

Kvantespintronikk har potensial til å revolusjonere energibruken i datateknologi. 

Dagens datasentre bruker enorme mengder strøm. De krever store kjølesystemer for å kvitte seg med overskuddsvarme. 

Hvis vi kan utnytte spinn i stedet for elektrisk ladning, kan vi redusere energiforbruket betraktelig.

– Datamaskiner og elektronikk er blant de største energislukerne i verden. Vi ser for oss en fremtid hvor vi kan gjøre beregninger med spinn istedenfor ladning, noe som kan gjøre alt fra mobiltelefoner til superdatamaskiner mer energieffektive, sier Sudbø.

Men veien dit er lang, og grunnforskning er avgjørende. Sudbø er en sterk forkjemper for forskning som drives av nysgjerrighet. Han mener at de største gjennombruddene ofte kommer fra uventede oppdagelser.

– Mange av de teknologiene vi tar for gitt i dag, fra internett til mobiltelefoner, kommer fra grunnforskning i fysikk. Vi vet ikke alltid hva vi kommer til å oppdage, men vi vet at ny kunnskap kan endre verden, sier han.

Kvantefysikk kan virke abstrakt. Likevel har den allerede en sentral plass i vår hverdag. Og kanskje vil forskningen til Sudbø og hans kolleger gjøre at fremtidens elektronikk blir raskere, mer effektiv og mer miljøvennlig.

Kvanteforskning i verdensklasse

NTNU og QuSpin er i front av denne forskningen. Forskerne ved senteret samarbeider med ledende institusjoner internasjonalt. 

Norge har en lang tradisjon for å bidra til grunnleggende forskning innen fysikk. Sudbø mener at kvantespintronikk kan bli en viktig brikke i fremtidens teknologiutvikling.

– Vi er verdensledende på flere områder innenfor kvantespintronikk. Vi har som mål å forstå og utvikle teknologi som kan ha stor samfunnsnytte, sier han.

Artikkelen er produsert og finansiert av Norges forskningsråd

Norges forskningsråd er én av over 80 eiere av forskning.no. Deres kommunikasjonsansatte leverer innhold til forskning.no. Vi merker dette innholdet for å tydelig skille formidling fra uavhengig redaksjonelt stoff.
Her kan du lese mer om ordningen.

Fikk du med deg disse artiklene fra Norges forskningsråd?

• 

  Kunstig intelligens: – Algoritmene skal jobbe for oss, ikke omvendt

• 

  Kristopher Schau møter de norske nobelprisvinnerne: Nå kommer Moserne med nye funn om hjernen

• 

  Dette aksepterer amerikanerne som en del av livet, men ikke nordmenn

• 

  En app har hjulpet over 50.000 personer til bedre helse

• 

  Her smelter isen raskere enn forskerne først trodde. Hva er det som skjer?

• 

  En glemt kulturarv er vekket til live i Altafjorden

Les flere saker fra Norges forskningsråd her.

forskning.no vil gjerne høre fra deg!
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? TA KONTAKT HER