Учёные освоили управление атомными ядрами через сверхтонкое взаимодействие

Исследователи Делфтского технического университета в Нидерландах добились значительного прогресса, научившись управлять движением в самом центре атома, что является важным достижением в квантовой физике.

Команда заставила атомное ядро взаимодействовать с одним из электронов на внешних оболочках атома, что дало возможность манипулировать этим электроном и считывать данные с помощью иглы сканирующего туннельного микроскопа.

Опубликованное в журнале Nature Communications исследование открывает новые горизонты для хранения квантовой информации в ядре, который служит защитой от внешних влияний.

Учёные исследовали атом титана, у которого один нейтрон отсутствует по сравнению с более распространённым Ti-48. «Ti-47 имеет на один нейтрон меньше, что придаёт ядру слабые магнитные свойства. Этот магнетизм, или “спин” в квантовом контексте, можно представить как стрелку компаса, указывающую в разные стороны. Ориентация спина — это часть квантовой информации», — объяснил руководитель исследования Сандер Отте.

Ядро атома располагается в «пустоте», вдали от вращающихся электронов. Из-за слабого взаимодействия, спин ядра может быть подвержен влиянию спина одного из электронов. «Сверхтонкое взаимодействие настолько незначительное, что оно эффективно только в очень слабом и точно настроенном магнитном поле», — добавил Лукас Вельдман, защитивший докторскую диссертацию по этому проекту.

После создания необходимых условий, исследователи воспользовались импульсом напряжения, чтобы вывести спин электрона из равновесия, после чего оба спина начали колебаться вместе в течение микросекунд. «Это именно то, что предсказал Шрёдингер», — сказал Вельдман. Исследователи также провели расчёты, которые удивительно точно воспроизвели наблюдаемые колебания. Согласование между экспериментом и теорией указывает на то, что при взаимодействии электрона и ядра квантовая информация остаётся неизменной.

Высокая защищённость от внешних факторов делает ядерный спин перспективным для хранения квантовой информации. Это исследование приблизилось к практическому применению этого подхода. Однако мотивация исследователей идёт дальше этого. «Этот эксперимент позволяет нам манипулировать состоянием материи на невероятно малых масштабах. Ради этого стоит трудиться», — заявил Отте.

 

Источник: iXBT