Zobaczyli, jak oddycha atom. To rewolucja w badaniach kwantowych
Ta obserwacja może przyczynić się do rewolucji w badaniach kwantowych. Naukowcy po raz pierwszy zobaczyli, jak oddycha atom.
Naukowcy z Uniwersytetu Technicznego w Delft jako pierwsi w historii zobaczyli na żywo, jak jądro atomowe zmienia swój stan magnetyczny, a więc jak przerzuca spin. W świecie kwantowym, gdzie wszystko odbywa się na granicy domysłu i eksperymentu, ta obserwacja może okazać się dużym krokiem na drodze do precyzyjnej kontroli materii w najmniejszej skali.
Jak zobaczyć coś, czego nie widać?
Brzmi paradoksalnie: zobaczyli jądro atomowe, nie patrząc na nie bezpośrednio. Ale w świecie fizyki kwantowej nie takie cuda się zdarzają. Naukowcy użyli skaningowego mikroskopu tunelowego (STM), czyli urządzenia zdolnego do dotykania pojedynczych atomów, by odczytać sygnał jądra poprzez jego elektrony. I choć sam mikroskop nie potrafi bezpośrednio rejestrować spinów jądrowych, pośrednie odczytywanie ich przez elektrony okazało się możliwe dzięki tzw. oddziaływaniu nadsubtelnemu (hyperfine interaction). Na ekranie pojawił się sygnał skokowy, który odpowiadał fluktuacjom spinu jądrowego w czasie rzeczywistym.
Pięć sekund nieśmiertelności kwantowej
To, co wprawiło zespół w osłupienie, to czas życia jądrowego spinu wynoszący około 5 sek. W fizyce kwantowej to niemal wieczność. Dla porównania spin elektronowy w tym samym atomie utrzymuje się zaledwie 100 nanosekund. Ta ogromna różnica to potencjalna przewaga technologiczna. Im dłużej spin utrzymuje swój stan, tym lepiej nadaje się do przechowywania informacji kwantowej. A to właśnie jej trwałość, czyli. koherencja, jest największym wyzwaniem w budowie praktycznych komputerów kwantowych czy sensorów molekularnych.
Podczas badań udało się osiągnąć odczyt pojedynczego zdarzenia. Mówiąc prościej, naukowcy mogli zmierzyć stan jądra jeszcze zanim ten zdążył się samoczynnie zmienić. Jeszcze bardziej imponujące jest to, że sam pomiar nie powodował przeskoku spinu. To warunek niezbędny do sterowania kwantowymi układami w sposób kontrolowany, bez ryzyka przypadkowego zniszczenia ich delikatnych stanów.
Czy to już rewolucja? Jeszcze nie. Ale…
Fizyka kwantowa od lat karmi nas obietnicami komputerów tysiące razy szybszych niż domowe pecety, sensorów wykrywających pole magnetyczne serca człowieka, technologii odpornych na podsłuch. Jak dotąd jednak rzeczywistość jest mocno ograniczona, zawodna i eksperymentalna. Ale odkrycie zespołu z Delft to coś więcej niż tylko kolejna demonstracja możliwości.
Przeczytaj także:
To pierwszy krok ku bezpośredniej manipulacji kwantowym rdzeniem materii. I choć do praktycznych zastosowań jeszcze daleko, badacze już zapowiadają kolejne eksperymenty, tym razem z pełną kontrolą nad spinem, a nie tylko jego odczytem. Bo zanim zaczniemy programować atomy jak bity, musimy najpierw nauczyć się ich słuchać. I właśnie to się teraz udało.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
