Hallittua vuorovaikutusta atomin ytimessä

Delftin teknillisen yliopiston tutkijat ovat pystyneet käynnistämään kontrolloidun liikkeen atomin sydämessä. He saivat atomiytimen olemaan vuorovaikutuksessa yhden atomin uloimmissa kuorissa olevan elektronin kanssa. Tätä elektronia voitiin manipuloida ja lukea skannaavan tunnelimikroskoopin neulan kautta.

Tämä tutkimus tarjoaa mahdollisuuksia tallentaa kvantti-informaatiota ytimeen, jossa se on paremmin turvassa ulkoisilta häiriöiltä. Ytimen spin, joka on paljon vahvemmin eristetty ympäristövaikutuksilta kuin sen elektroninen vastine, tarjoaa mahdollisuuksia pitempiin koherenssiaikoihin.

Ydinspinit ovat osoittautuneet lupaaviksi kvantti-informaation rakenneosina molekylaarisissa spin-kubiteissa, NV-keskuksissa ja luovuttajina piissä. Ne ovat myös erinomainen resurssi kvanttisimulaatiolle, magneettiselle anturille ja spintroniikalle, ja ne ovat mahdollisesti skaalautuvia suunniteltujen molekyyli - ja atomiverkkojen kautta.

Atomin ydin kelluu suhteellisen jättiläismäisessä tyhjiössä kaukana kiertävistä elektroneista, sen kummemmin ympäristöään huomioimatta. Mutta on yksi poikkeus: erittäin heikon "hyperhienon vuorovaikutuksen" vuoksi yhden elektronin spin voi vaikuttaa ydinspiniin.

"Helpommin sanottu kuin tehty", sanoo Lukas Veldman, joka puolusti äskettäin tohtoriväitöskirjaa aiheesta. "Hyperhieno vuorovaikutus on niin heikko, että se on tehokas vain hyvin pienessä, tarkasti viritetyssä magneettikentässä."

Kun kaikki kokeelliset ehdot täyttyivät, tutkijat käyttivät jännitepulssia työntämään elektronin spinin pois tasapainosta, minkä jälkeen molemmat spinit huojuivat yhdessä mikrosekunnin murto-osan ajan. "Juuri niin kuin Schrödinger ennusti", Veldman sanoo.

Kokeiden ohella hän teki laskelmia, jotka toistivat havaitut vaihtelut yllättävän hyvin. Vahva yhteys havaintojen ja ennusteiden välillä osoittaa, että kvantti-informaatiota ei menetä elektronin ja ytimen välisen vuorovaikutuksen aikana.

Tehokas suojaus ympäristöltä tekee ydinspinistä käyttökelpoisen ehdokkaan kvantti-informaation säilyttämiseen. Nykyinen tutkimus saattaa tuoda sovelluksen askeleen lähemmäksi. Mutta se ei ensisijaisesti ohjaa tutkijoita.

Tutkimuksen vetäjä Sander Otte sanoo: "Tämä koe antaa ihmisille vaikutuksen aineen tilaan käsittämättömän pienessä mittakaavassa. Minulle se yksin tekee siitä vaivan arvoista."

Uusin katsausartikkeli tutkailee viimeaikaisia kubittien parissa tehtyjä tutkimussaavutuksia joissa tätä samaa koherenssiongelmaa on lähestytty vähän käytännöllisemmin tavoin.

Aiheesta aiemmin:

Atomiytimen spinin hallinta sähköisesti

Demonit ja timantit avuksi