35 miljoner till forskning om ljus

Nu har en forskargrupp på KTH med professor Val Zwiller i spetsen tilldelats ett stort forskningsanslag för att vidareutveckla så kallade kvantdetektorer. Kommande framsteg på områden bedöms ha stor betydelse för medicinsk forskning, datakommunikation och hållbar utveckling.

Ljus är idag en viktig komponent inom en rad olika forskningsområden. Ljus används nämligen till allt från väldigt exakta avståndsbedömningar, för att studera enskilda molekyler inuti människokroppen, för medicinsk avbildning till datakommunikation i form av fiberoptik.

Förenklat kan man säga att ljus består av fotoner, och det är dessa som Val Zwiller och de andra forskarna vill studera. Till sin hjälp har de kvantdetektorer.

– Forskningsanslaget ska vi använda till att utveckla nya metoder och teknik för att detektera enstaka fotoner. När vi uppnått detta kan vi sedan bygga vidare på dessa kvantdetektorer och upptäcka foton-par, säger Val Zwiller, professor i ämnet kvantnanofotonik vid KTH.

Anledningen till att man vill kunna upptäcka enskilda fotoner, eller tre-fyra stycken åt gången, är flera. Inom exempelvis datakommunikation är information som skickas uppdelat i många små delar som var och en kallas för bit, och exempelvis ett tecken i en text består av åtta bitar. Idag kan det gå åt miljoner fotoner bara för att skicka ett ynka bit medan Val Zwiller och de andra forskarna siktar på att använda en foton per bit i framtiden.

– Därmed blir datakommunikation säkert en miljon gånger effektivare än idag, säger Val Zwiller.

En poäng med just mer effektiv datorkommunikationen är att den bidrar till att energiförbrukningen blir lägre.

Ett annat framtida tillämpningsområde för forskningen och kvantdetektorer är att upptäcka väldigt små mängder ljus. Val Zwiller talar om en ljusradar som skulle kunna användas för att se hur ljus absorberas i olika gaser i luften, till exempel kvävedioxid. På detta sätt skulle man kunna mäta luftkvaliteten i Stockholm, både snabbt och effektivt.

– Det skulle räcka med ett system, till exempel i Kaknästornet, för att täcka upp hela Storstockholms luft. Då tekniken inte är särskilt stor skulle den också kunna placeras på en lastbil som åker runt. Därmed har man en bra teknik för miljöövervakning, säger Val Zwiller.

Han och de andra forskarna jobbar idag med att utveckla kvantkretsar. Även den forskningen kommer att utföras inom ramen för anslaget från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.

– Kvantkretsar är som vanliga elektriska kretsar, men de använder sig av ljus. Här tänker jag mig att man använder dem för att skapa till exempel neurala nätverk. Det finns redan sådana idag, men de är mycket långsamma och består av molekyler. Detta är samma princip, fast mycket, mycket snabbare och baserat på ljus och inte kemi, säger Val Zwiller.

Ytterligare ett forskningsområde som anslaget kommer finansiera är biomolekylär spektroskopi. Det handlar om att kunna detektera ljus från enstaka mänskliga molekyler. Jerker Widengren, professor i biomolekylär fysik, är den som kommer att ansvara för detta arbete. Han berättar att kvantdetektorerna ska kunna avläsa enstaka bimolekyler och interaktioner mellan molekyler, detta med en mycket hög tidsupplösning om enstaka pikosekunder. Vitsen med detta är utökade möjligheter att noga kunna undersöka olika sjukdomsförlopp på molekylär nivå.

Enligt Val Zwiller kommer forskarnas arbete att ge betydelsefulla resultat på såväl det vetenskapliga som det tekniska området och de överväger att industrialisera sina resultat. I Stockholm finns ett väletablerat labb för nanotillverkning som gynnar arbetet och verksamheten kommer att resultera i att en ny generation av framstående unga studenter och forskare utbildas i det breda kompetensområde som krävs för kvantkretsar.

Anslaget som Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse beviljat ligger på 34 800 000 kronor fördelat över fem år, med projektstart 2018.

På Stockholms Albanocampus finns ett väletablerat och mycket effektivt nanoteknologilaboratorium som kommer att användas för tillverkning av kvantkretsar. Projektet kommer att ge en ny generation av framstående unga studenter och forskare den breda kompetens som krävs för utveckling av framtidens kvanteknologi.

För mer information, kontakta Val Zwiller på 073 - 765 22 00 eller zwiller@kth.se.