En to-atom kvante duet

Forskere ved Center for Quantum Nanoscience (QNS) inden for Institute for Basic Science (IBS) opnåede et stort gennembrud i at afskærme enkeltatomers kvanteegenskaber på en overflade. Forskerne brugte magnetismen af ​​enkeltatomer, kendt som spin, som en grundlæggende byggesten til behandling af kvanteoplysninger. Forskerne kunne vise, at ved at pakke to atomer tæt sammen kunne de beskytte deres skrøbelige kvanteegenskaber meget bedre end for kun et atom.

Spinnet er et grundlæggende kvantemekanisk objekt og styrer magnetiske egenskaber af materialer. I et klassisk billede, centrifugeringen kan ofte betragtes som nålen på et kompas. Nålens nord- eller sydpol, for eksempel, kan repræsentere spin op eller ned. Imidlertid, ifølge kvantemekanikkens love, spin kan også pege i begge retninger på samme tid. Denne superpositionstilstand er meget skrøbelig, da spinets vekselvirkning med det lokale miljø forårsager nedtoning af superpositionen. Forståelse af affasningsmekanismen og forbedre kvantesammenhængen er en af ​​de vigtigste ingredienser i retning af spin-baseret kvanteinformationsbehandling.

I dette studie, offentliggjort i tidsskriftet Videnskab fremskridt i november 9, 2018, QNS -forskere forsøgte at undertrykke dekoherens af enkelte atomer ved at samle dem tæt sammen. Spins, som de brugte enkelte titaniumatomer til, blev undersøgt ved hjælp af en skarp metalspids af et scanningstunnelmikroskop, og atomernes spin -tilstande blev detekteret ved hjælp af elektron -spin -resonans. Forskerne fandt ud af, at ved at bringe atomerne meget tæt sammen (1 million gange tættere end en millimeter), de kunne beskytte disse to magnetisk koblede atomers superpositionstilstande 20 gange længere sammenlignet med et individuelt atom.

"Som en falang, de to atomer var i stand til at beskytte hinanden mod ydre påvirkninger bedre end på egen hånd, "sagde Dr. Yujeong Bae, forsker ved QNS og førsteforfatter af undersøgelsen. "På den måde, de sammenfiltrede kvantetilstande, vi skabte, blev ikke påvirket af miljøforstyrrelser, såsom støj fra magnetfelt. "

"Dette er en væsentlig udvikling, der viser, hvordan vi kan konstruere og fornemme atomers tilstande. Dette giver os mulighed for at udforske deres mulighed for at blive brugt som kvantebits til fremtidig kvanteinformationsbehandling, "sagde prof. Andreas Heinrich, direktør for QNS. I fremtidige forsøg, forskerne planlægger at bygge endnu mere sofistikerede strukturer for at udforske og forbedre kvanteegenskaberne af enkelte atomer og nanostrukturer.