for daily-life applications Worawat Meevasana School of Physics, Suranaree University of Technology Email: worawat@g.sut.ac.th STT41 Science Frontier: Quantum technologies for daily-life applications

A list of the computers which appeared at the top of the Top500 list 1996 Hitachi SR2201/1024 220.4 GFLOPS University of Tokyo, Japan Hitachi CP-PACS/2048 368.2 GFLOPS University of Tsukuba, Tsukuba, Japan Ref. therein https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_supercomputing (1996)

As of 2010, the fastest six-core PC processor reaches 109 gigaFLOPS (Intel Core i7 980 XE)[15] in double precision calculations. GPUs are considerably more powerful. For example, Nvidia Tesla C2050 GPU computing processors perform around 515 gigaFLOPS[16] in double precision calculations, and the AMD FireStream 9270 peaks at 240 gigaFLOPS.[17] (Refs therein https://en.wikipedia.org/wiki/FLOPS)

มองไปอนาคต... ลองคิดดูถึง อุปกรณ์ส่วนตัวในฝันดู ทั้งนี้ต้องเป็นอุปกรณ์ที่เราเชื่อว่าจะมีจริง ในอีก 10-20 ปีด้วยนะ จากนั้นลองคิดต่อว่าเราจะทำมันได้อย่างไร

(2014)

ประชากรโลกมีประมาณ 7 พันล้านคน พื้นที่บนบกมีประมาณ 150 ล้านตารางกิโลเมตร พื้นที่เฉลี่ยต่อคน ประมาณ 20,000 m2 หรือ เทียบเท่ากับกำลังงานของแสงอาทิตย์ (solar power) 20 MW ถ้าเอามาใช้เพียง 1 % หรือประมาณ 0.2 MW ก็จะใช้เปิดแอร์ได้ถึง 100 เครื่องต่อคนเลยทีเดียว

Personal Computer (PC) Personal Quantum Computer (PQC) Personal Power Plant (PPP) Personal Energy Storage (PES) Personal Clean Water System (PCWS) Personal Farming System (PFS) Personal Doctor System (PDS) อุปกรณ์ทั้งหมดนี้ต้องมีประสิทธิภาพสูงมาก ซึ่งจะต้องใช้เทคโนโลยีและความรู้ใหม่ๆทั้งนั้น

ถึงเวลาที่จะต้องตื่นแล้วลองคิดวิธีที่จะทำให้มันสำเร็จกัน .... ตอนนี้หยุดฝันซักพัก แต่ ถึงเวลาที่จะต้องตื่นแล้วลองคิดวิธีที่จะทำให้มันสำเร็จกัน ....

ปรากฏการณ์ทางควอนตัมต่างๆ 1. ความไม่ต่อเนื่อง ลักษณะเป็นขั้นๆ continuous states Quantized, discrete states

สภาพความต้านทาน ทำไมถึงแตกต่างกันจัง? สารกึ่งตัวนำ ~ 0.1-60 m (ซิลิกอน, Si) ฉนวนไฟฟ้า ~ 1016-1018 m (ควอตซ์, SiO2) ทำไมถึงแตกต่างกันจัง?

สารกึ่งตัวนำไฟฟ้า ฉนวนไฟฟ้า พลังงาน กว้าง พลังงาน แคบ

+EA -EA วัสดุที่ปลดปล่อย อิเล็กตรอนที่ดี Positive Electron Affinity (+EA) Negative Electron Affinity (-EA) +EA -EA วัสดุที่ปลดปล่อย อิเล็กตรอนที่ดี

วัสดุที่เรียกว่า Diamondoid Diamondoid is carbon-based compound with nano-diamond-like structure. The production cost is low but some of their properties are expected to be similar to real diamonds. Corresponding LDA, x~16% and 29%. 14

การปลดปล่อยอิเล็กตรอนที่ดีของ Diamondoid Diamondoid was found to be as excellent electron emitter, originated by negative electron affinity. W. L. Yang, et al., Science 316, 1460-1462 (2007) (co-author) Corresponding LDA, x~16% and 29%. W. Meevasana, et al., Appl. Surf. Sci. 256, 934-936 (2009) 15

การปลดปล่อยอิเล็กตรอนที่ดีของ Diamondoid ลองมาใช้ดูกับเซลล์แสงอาทิตย์ดีไหม Diamondoid was found to be as excellent electron emitter, originated by negative electron affinity. W. L. Yang, et al., Science 316, 1460-1462 (2007) Corresponding LDA, x~16% and 29%. 16

S. Siriroj, …, W. Meevasana, submitted to Nature Commun. (2015)

Negative electron compressibility (NEC) The enhancement can be achieved by NEC effect, analogy to this: Positive compressibility

Negative electron compressibility (NEC) The enhancement can be achieved by NEC effect, anology to this: Negative compressibility is like a magic cup.

Monolayer dichalcogenides vs graphene Motivation Monolayer dichalcogenides vs graphene Atomic structure W Se Monolayer dichalcogenides Graphene 20

Lowering of the chemical potential upon increasing electron density Increase electron density J. Riley, W. Meevasana, et al., Nature Nano. (2015)

Capacitor, SuperCapacitor, Battery Large enhancement of capacitance for the price of almost nothing Area, A V NEC material Quantum technology for: Capacitor, SuperCapacitor, Battery Li, L. et al. Science 332, 825 (2011) 40% increase in capacitance C. Masingboon,..., W. Meevasana, Appl. Phys. Lett. 102, 202903 (2013) 22% increase in capacitance

ปรากฏการณ์ทางควอนตัมต่างๆ 2. มีการผสมของหลายสถานะพร้อมกันได้ Quantum superposition ใช้เป็นกลไกหลักในการสร้าง การคำนวณแบบควอนตัม (Quantum computing)

Perhaps it is a long way but topological quantum state may find application in robust quantum computing.

3D Topological quantum state in PdTe2 Fig. 3 Overall, Rashba band and 3D Dirac crossing 3D Topological quantum state in PdTe2 Manuscript in preparation (2015)

Personal Computer (PC) Personal Quantum Computer (PQC) Personal Power Plant (PPP) Personal Energy Storage (PES) Personal Clean Water System (PCWS) Personal Farming System (PFS) Personal Doctor System (PDS)

And last, sometimes, it is just luck. However, when the chance comes, be ready to take it, and give your best shot! Good lucks all!