Σπουδαία ανακάλυψη στον έλεγχο κβαντικών καταστάσεων των απλών ατόμων

Σπουδαία ανακάλυψη στον έλεγχο κβαντικών καταστάσεων των απλών ατόμων.

Οι ερευνητές του Κέντρου Κβαντικής Νανοεπιστήμης στο Ινστιτούτο Βασικών Επιστημών (IBS) έχουν κάνει μια σημαντική ανακάλυψη στον έλεγχο των κβαντικών ιδιοτήτων των μεμονωμένων ατόμων. Σε μια διεθνή συνεργασία με την IBM Research στο San Jose της Καλιφόρνια, χρησιμοποιώντας προηγμένες τεχνικές, οι επιστήμονες ταυτοποίησαν ποιοι μηχανισμοί καταστρέφουν τις κβαντικές ιδιότητες των μεμονωμένων ατόμων μεταβάλλοντας τη μαγνητική κατάσταση ενός μόνο ατόμου σιδήρου σε ένα λεπτό μονωτικό.

Χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο σάρωσης με μια ατομικά αιχμηρή μεταλλική άκρη, οι επιστήμονες κατάφεραν να απεικονίσουν μεμονωμένα άτομα σιδήρου, να μετρήσουν και να ελέγξουν το χρόνο που διατηρούν την κβαντική τους συμπεριφορά.

Τα ευρήματά της Μελέτης δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Science Advances , και δείχνουν ότι η απώλεια της υπερβατικής κβαντικής κατάστασης προκαλείται κυρίως από τα κοντινά ηλεκτρόνια που οι ερευνητές το έπρατταν με ένεση στο άτομο σιδήρου.

«Βρήκαμε ότι σχεδόν κάθε ηλεκτρόνιο καταστρέφει την κβαντική κατάσταση », εξηγεί ο δρ. Philip Willke, πρώτος συγγραφέας της μελέτης. «Επιπλέον, διαπιστώσαμε ότι οι κοντινοί μαγνήτες που είχαν διακυμάνσεις, είχαν παρόμοιο αρνητικό αντίκτυπο. Ενώ τα πειράματά μας μείωσαν την κατάσταση της υπέρθεσης, μας έδωσαν επίσης πολύτιμες ενδείξεις για τον τρόπο βελτίωσης των κβαντικών καταστάσεων των ατόμων».

Ο Andreas Heinrich, Διευθυντής του Κέντρου IBS για την Κβαντική Νανοεπιστήμη, δήλωσε: «Η κατανόηση αυτών των καταστροφικών αλληλεπιδράσεων μας επιτρέπει να τις αποφύγουμε σε μελλοντικά πειράματα και να βελτιώσουμε την απόδοση των μαγνητικών κβαντικών αισθητήρων που σε αυτή την περίπτωση αποτελούνται μόνο από ένα άτομο».

Η κβαντική νανοεπιστήμη βασίζεται στην αξιοποίηση των ιδιοτήτων των ατόμων και των μορίων για πιθανές εξελίξεις στην κβαντική ανίχνευση, ενδεχομένως βελτιώνοντας τις συσκευές που χρησιμοποιούν αυτή την τεχνολογία, συμπεριλαμβανομένων των μηχανημάτων μαγνητικής τομογραφίας.

Οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν επίσης να επωφεληθούν από αυτήν την έρευνα. Ενώ βρίσκεται ακόμη σε πρώιμη ανάπτυξη, ο κβαντικός υπολογισμός υπόσχεται να ξεπεράσει τους κλασικούς υπολογιστές σε εργασίες, όπως στη διαχείριση, την αναζήτηση και την βελτιστοποίηση των βάσεων δεδομένων. Ένα κβαντικό σύστημα μπορεί να διατηρήσει ταυτόχρονα δύο κβαντικές καταστάσεις, η μία κατάσταση είναι γνωστή ως υπέρθεση των κβαντικών καταστάσεων. Ωστόσο, όταν ένα τέτοιο κβαντικό σύστημα αλληλεπιδρά σε συγκεκριμένα περιβάλλοντα – είτε μέσω επιθυμητής ή ανεπιθύμητης επαφής – αυτή η υπερβολή των καταστάσεων καταστρέφεται εύκολα. Οι φυσικοί προσπαθούν να κατανοήσουν και να ελέγξουν αυτές τις διαδικασίες.