科罗拉多大学丹佛分校的一位工程师开发了一种突破性的量子技术，可以将大型粒子对撞机缩小到微芯片大小。图片来源：SciTechDaily.com

想象一下伽马射线激光可以安全地消除癌细胞，同时保持健康组织不受伤害。

科罗拉多大学丹佛分校的一位工程师即将为研究人员提供一种强大的新工具，可以使科幻小说的概念更接近现实。

考虑一下伽马射线激光器的潜力，它可以精确地破坏癌细胞而不伤害附近的健康组织。或者一种能够探测宇宙结构的设备，以测试斯蒂芬·霍金的多元宇宙理念等理论。

电气工程系助理教授 Aakash Sahai 博士取得了量子级的进步，可以支持这种可能性的发展。他的发现引起了量子科学界的极大兴趣，因为它有可能改变物理、化学和医学领域。他的工作在量子材料和研究领域的领先期刊《先进量子技术》六月号的封面上得到了重点介绍。

“这非常令人兴奋，因为这项技术将开辟全新的研究领域，并对世界产生直接影响，”萨海说。“过去，我们取得了推动我们前进的技术突破，例如导致激光、计算机芯片和 LED 的亚原子结构。这项同样基于材料科学的创新也是一样的。

这个怎么运作

Sahai 发现了一种在实验室环境中产生超强电磁场的方法，达到了以前无法达到的强度。这些场源于材料内电子的快速振荡和散射，是从微处理器到用于寻找暗物质的强大粒子加速器等技术的核心。

从历史上看，生产如此强大的油田需要大规模、复杂的基础设施。例如，瑞士欧洲核子研究中心的大型强子对撞机全长 16.7 英里，使用先进的射频系统和超导磁体来推动高能束。这种规模的运营设施需要大量资金、广泛的基础设施，并存在固有的技术风险。

工程学助理教授 Aakash Sahai 和研究生 Kalyan Tirumalasetty 正处于为科学家提供一种新工具的风口浪尖，可以帮助他们将科幻小说变为现实。图片来源：科罗拉多大学丹佛分校

为了克服这些限制，Sahai 创造了一种硅基芯片级材料，可以承受高能粒子束的冲击。

这种材料有效地引导振荡量子电子气体产生的能量，并通过控制产生的热量来保持结构稳定性。快速电子运动是产生电磁场的原因。Sahai 的创新使研究人员能够在不大于拇指的设备中观察高能场行为，从而为将大规模加速器的规模缩小到基于芯片的紧凑格式提供了一条潜在途径。

电气工程助理教授 Aakash Sahai。图片来源：科罗拉多大学丹佛分校

“在保留材料底层结构的同时纵如此高的能量流是突破，”从事该项目的 Sahai 实验室的研究生 Kalyan Tirumalasetty 说。“这项技术突破可以给世界带来真正的改变。这是关于了解自然的运作方式，并利用这些知识对世界产生积极影响。

该技术和方法在科罗拉多大学丹佛分校设计，并在 SLAC 国家加速器实验室进行了测试，该实验室是斯坦福大学运营并由美国能源部资助的世界级设施。

该技术的应用

CU Denver 已经在美国和国际上申请并获得了该技术的临时专利。虽然现实世界的实际应用可能需要数年时间，但更好地了解宇宙如何运作并从而改善生活的潜力是 Sahai 和 Tirumalasetty 有动力在实验室和 SLAC 度过长时间的原因。

工程助理教授 Aakash Sahai 和研究生 Kalyan Tirumalasetty 在科罗拉多大学丹佛分校的激光实验室进行测试。图片来源：科罗拉多大学丹佛分校

“伽马射线激光器可能会成为现实，”萨哈伊说。“我们不仅可以对组织进行成像，还可以对细胞核进行成像，还可以对底层原子的细胞核进行成像。这意味着科学家和医生将能够看到核层面上正在发生的事情，这可以加速我们对在如此小的尺度上占主导地位的巨大力量的理解，同时也带来更好的医疗和治愈。最终，我们可以开发伽马射线激光器来修饰细胞核并在纳米水平上去除癌细胞。

极端等离子体技术还可以帮助测试有关我们宇宙如何运作的广泛理论——从多元宇宙的可能性到探索我们宇宙的结构。这些可能性让蒂鲁马拉塞蒂兴奋不已，他曾经想过成为一名物理学家。“探索自然及其在基本尺度上的工作原理，这对我来说非常重要，”他说。“但工程师为科学家提供了工具，让他们做的不仅仅是理解。那是......这太令人振奋了。

两人的下一步是今年夏天重返 SLAC，继续完善硅芯片材料和激光技术。与电影中不同，开发突破性技术可能需要几十年的时间。事实上，导致这一关键时刻的一些基础工作始于 2018 年，当时 Sahai 发表了他关于反物质加速器的第一项研究。“这需要一段时间，但在我有生之年，这是很有可能的，”萨哈伊说。