Stor opdagelse i styring af kvantetilstande for enkeltatomer

Forskere ved Center for Quantum Nanoscience inden for Institute for Basic Science (IBS) har gjort et stort gennembrud i styringen af ​​kvanteegenskaberne ved enkeltatomer. I et internationalt samarbejde med IBM Research i San Jose, Californien, ved hjælp af avancerede teknikker, videnskabsmændene identificerede, hvilke mekanismer der ødelægger kvanteegenskaberne ved individuelle atomer ved at manipulere den magnetiske tilstand af et enkelt jernatom på en tynd isolator. Ved hjælp af et scanningstunnelmikroskop med en atomisk skarp metalspids, de var i stand til at forestille sig individuelle jernatomer og måle og kontrollere den tid, de opretholder deres kvanteadfærd.

Deres fund, offentliggjort i tidsskriftet Videnskab fremskridt , viser, at tabet i kvantetilstands superposition hovedsageligt skyldes elektroner i nærheden, som forskerne præcist injicerede i jernatomet.

"Vi fandt ud af, at næsten hver elektron ødelægger kvantetilstanden, "forklarer Dr. Philip Willke, første forfatter til undersøgelsen. "Ud over, vi fandt ud af, at svingende magneter i nærheden havde en lignende negativ indvirkning. Mens vores eksperimenter reducerede tilstanden af ​​superposition med vilje, det gav os også værdifulde spor om, hvordan vi kan forbedre atomernes kvantetilstande. "

Andreas Heinrich, Direktør for IBS Center for Quantum Nanoscience, sagde, "At forstå disse destruktive interaktioner giver os mulighed for at undgå dem i fremtidige eksperimenter og forbedre ydelsen af ​​magnetiske kvantesensorer, der, I dette tilfælde, kun består af et enkelt atom. "

Quantum nanoscience er afhængig af at udnytte egenskaberne af atomer og molekyler til potentielle fremskridt inden for kvanteføling, potentielt forbedrede enheder ved hjælp af sådan teknologi, herunder hospitals -MR -maskiner.

Kvantecomputere kan også potentielt drage fordel af denne forskning. Mens den stadig er i tidlig udvikling, kvanteberegning lover at overgå klassiske computere i opgaver som databasestyring, søgning og optimering. Et kvantesystem kan opretholde to kvantetilstande samtidigt, en tilstand kendt som superposition af kvantetilstande. Imidlertid, når et sådant kvantesystem interagerer i bestemte miljøer - enten gennem ønsket eller uønsket kontakt - ødelægges denne overlejring af tilstande let. Fysikere søger at forstå og kontrollere disse processer.