Naukowcy dokonali przełomowego odkrycia, które może otworzyć nową erę w badaniach nad fizyką kwantową i komputerami kwantowymi. Po raz pierwszy udało się zmierzyć puls magnetycznego serca atomu – czyli ruch spinu jądrowego – w czasie rzeczywistym.
Zespół fizyków z Uniwersytetu Technicznego w Delfcie w Holandii, kierowany przez Everta Stolte i Jinwona Lee, wykorzystał skaningowy mikroskop tunelowy, aby zaobserwować elektrony poruszające się synchronicznie z jądrem izotopu tytanu-49. Dzięki temu udało się oszacować czas trwania oscylacji magnetycznych w jądrze atomu.
Spin – kwantowy bit informacji
Spin to jedna z fundamentalnych właściwości cząstek subatomowych. Opisuje kwantową wersję momentu pędu i odgrywa kluczową rolę zarówno w magnetyzmie, jak i w technologii obliczeń kwantowych. Spin może pełnić rolę kubitu – podstawowej jednostki informacji kwantowej, która w przyszłości może zastąpić klasyczne bity w komputerach.
Jednak obserwacja stanu spinu jądrowego bez jego zakłócania to poważne wyzwanie. Otoczenie atomu bardzo łatwo wpływa na zmianę kierunku spinów zbiorczych, co utrudnia badania.
Pulsacyjne pomiary zamiast ciągłej obserwacji
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy opracowali nową metodę pomiaru impulsowego. Zamiast prowadzić ciągłe obserwacje, mikroskop tunelowy rejestrował krótkie impulsy z przerwami pomiędzy nimi. Dzięki temu możliwe było uchwycenie przełączania spinu jądrowego w czasie rzeczywistym.
Eksperyment przeprowadzono na izotopie tytanu-49 – naturalnie występującym pierwiastku o stabilnych właściwościach magnetycznych. Obserwacje pokazały, że między przełączeniami spinu upływa około pięciu sekund.
„Udało nam się wykazać, że to przełączenie odpowiada przechodzeniu spinu jądrowego z jednego stanu kwantowego do drugiego i z powrotem” – wyjaśnia Evert Stolte.
Znaczenie dla komputerów kwantowych
To odkrycie otwiera drzwi do nowego rodzaju technologii kwantowych. Znajomość charakterystyki spinu jądrowego w izolacji może pozwolić na stworzenie stabilniejszych i bardziej wydajnych kubitów. W praktyce może to oznaczać rozwój komputerów kwantowych o niespotykanej dotąd mocy obliczeniowej.
Pierwszy krok został zrobiony – udało się zmierzyć puls magnetycznego serca atomu. Teraz przed naukowcami stoi wyzwanie, aby tę wiedzę wykorzystać do stworzenia przełomowych technologii, które zmienią oblicze informatyki i nauki.