Kas yra kvantinė viela?

Kvantinė viela yra kabelis arba laidas, dažnai panašus į varinę vielą, bet pagamintas iš konkretaus elemento, dažniausiai anglies, nanovamzdelių. Kvantiniai laidai paprastai yra laidininkai, bet taip pat gali būti pagaminti kaip izoliatoriai arba puslaidininkiai. Šie laidai idealiai tinka elektros instaliacijos funkcijoms ir naudoti erdvėlaiviuose, nes jie yra mažesni ir lengvesni už metalinius analogus. Tačiau jų gamyba yra brangi.

Nanovamzdeliai yra žmogaus sukurti mikroskopiniai vamzdeliai, kurių skersmuo yra 1 nanometras, o tai yra 1 milijardoji metro dalis. Palyginimui, vieno žmogaus plauko skersmuo matuojamas mikrometrais, kurie yra 1,000 kartų didesni už nanometrą. Nanovamzdeliai naudojami ne tik kvantinei vielai sukurti, bet ir įvairiose mokslo srityse, įskaitant medicinos tyrimus.

1991 m. atrasti nanovamzdeliai gaminami, kai lazeriu šaunama į gryną medžiagą, pavyzdžiui, anglį. Iš pradžių tai buvo ilgas procesas, kai daugelis galimų nanovamzdelių buvo išmesti, nes jie neatitiko dydžio reikalavimų, tačiau Rice universiteto mokslininkai iki 1996 m. ištobulino tinkamo dydžio nanovamzdelių gamybos procesą.

Nanovamzdeliai turi būti sujungti arba susukti grandinėmis, kad susidarytų kvantiniai laidai, kurių laidumas didesnis nei varinių laidų, geriausio metalinio elektros laidininko. Teoriškai kvantinė viela turi šeštadalį varinės vielos svorio ir gali iki dešimties kartų efektyviau praleisti elektrą. Metaliniai kvantiniai laidai gali būti pagaminti iš nikelio (Ni) arba aukso (Au). Šie laidai iš esmės vis dar yra eksperimentiniai, tačiau naudojami elektronikoje ir optikoje.

Tačiau galbūt labiausiai moksliškai jaudinantis kvantinės vielos tipas yra pagamintas iš anglies nanovamzdelių. 2005 m. Rice’o universitetas atliko išsamius kvantinės vielos iš anglies nanovamzdelių gamybos tyrimus, naudodamas 11 mln. JAV dolerių (USD) dotaciją iš Jungtinių Valstijų nacionalinės aeronautikos ir kosmoso administracijos (NASA). Rice universitetas, kuris turėjo būti baigtas 2010 m., buvo įpareigotas sukurti pakankamai ilgą kvantinę vielą, kad ją būtų galima naudoti erdvėlaiviuose.

Kadangi laidai yra lengvesni ir efektyvesni, NASA ir kiti mokslininkai mano, kad kvantiniai laidai gali padėti erdvėlaiviams nukeliauti toliau į kosmosą, nes kiekvienas papildomas svaras erdvėlaiviui kainuoja daugiau degalų. Mokslininkai turi problemų gamindami pakankamai nanovamzdelių, kad būtų galima pagaminti ilgo ilgio vielą, tačiau, norint susukti juos į laidus, būtina labai specifinė nanovamzdelio forma, vadinama „rankine kėde“. 2005 m. tik du procentai nanovamzdelių buvo tinkamos formos naudoti. Tačiau 2010 m. Rice universiteto mokslininkai padarė didelę pažangą spręsdami šią problemą, tačiau vis tiek reikėjo atlikti daugiau tyrimų.