Forskare styr kärnvobbel på kvantnivå för bättre lagring av kvantinformation

StockholmForskare vid Delft tekniska universitet i Nederländerna har lyckats kontrollera rörelse inuti en atoms kärna, vilket är ett framsteg inom kvantinformationlagring. De fokuserade på en enda titan-47 (Ti-47)-atom, som har en svagt magnetisk kärna på grund av att den har en neutron mindre än titan-48. Denna magnetism, kallad 'spin', kan vara viktig för lagring av kvantinformation.

Kärnan är oftast isolerad från sin omgivning och befinner sig långt ifrån elektroner. Men genom en process som kallas 'hyperfin interaktion' kan kärnans spinn påverkas av elektronens spinn. Denna process kräver ett mycket litet och precist magnetfält för att fungera.

Forskningen betonar följande viktiga punkter:

Forskare använde en spänningspuls för att störa elektronens spinn. Kärnan och elektronen roterade tillsammans under en bråkdel av en mikrosekund. Interaktionen övervakades noggrant med hjälp av ett sveptunnelmikroskop. Beräkningar visade att ingen kvantinformation gick förlorad under denna interaktion.

Sander Otte, forskargruppens ledare, sa att förmågan att påverka materia på en så liten skala är mer än bara teori. Det kan vara användbart för lagring av kvantinformation.

Läs också:

Idag · 13:15

Ny forskning: Kvantfysik revolutionerar omvandling av spillvärme till elenergi med över 60 % effektivitet

Att lagra kvantinformation i atomens kärna hjälper till att skydda den från yttre störningar. Detta gör kvantdatorsystem mer säkra och stabila. Kvantinformation är mycket känslig och kan lätt förloras eller korrumperas av externa faktorer. Genom att hålla den inne i kärnan minskar dessa problem.

Denna upptäckt bekräftar Schrödingers förutsägelser om kvantmekanik och bidrar till framsteg inom praktisk kvantdatoranvändning. Genom att noggrant hantera elektroner och kärnors spinn kan forskare utveckla nya metoder för att utföra kvantberäkningar och skydda data på ett säkert sätt.

Lukas Veldman, som hade en stor roll i sin doktorandforskning, påpekade att dessa operationer är mycket känsliga. Han nämnde att hyperfininteraktionen endast fungerar inom ett mycket specifikt magnetiskt fältområde.

Detta experiment visar att människor kan kontrollera materia på en kvantnivå, vilket kan leda till stora framsteg inom lagring av kvantinformation. Denna utveckling kan vara avgörande för att skapa praktiskt användbara kvantdatorer och förändra hur data lagras och behandlas i framtiden.