Ilmuwan mendengar obrolan dua atom: interaksi kuantum magnetik

Kesan dari eksperimen ini oleh seniman, di mana pulsa listrik diterapkan pada atom titanium. Akibatnya, momen magnetnya tiba-tiba berubah. Atom titanium tetangga (kanan) bereaksi pada kecepatan ini, tetapi tidak dapat mengikuti kecepatan cepat. Dengan demikian, pertukaran informasi kuantum magnetik antar atom dimulai. Kredit: TU Delft / Sykesel

Bagaimana bahan berperilaku tergantung pada interaksi antara atom yang tak terhitung jumlahnya. Anda melihatnya sebagai obrolan grup yang sangat besar sehingga atom terus-menerus bertukar informasi kuantum. Peneliti dari Delft University of Technology, bekerja sama dengan RWHhen University dan pusat penelitian Jelich, kini dapat mencegat hangover di antara dua atom tersebut. Mereka hadir dalam pencarian mereka Ilmu Pada 28 Mei 2021.

Atom tidak boleh berbicara. Tapi mereka bisa merasakan satu sama lain. Ini terjadi terutama dalam kasus atom magnet. “Setiap Atom Membawa momen magnet kecil yang disebut putaran. Putaran ini mempengaruhi satu sama lain, seperti halnya jarum kompas saat Anda mendekatkannya satu sama lain. Jika Anda mendorong salah satunya, mereka akan mulai bergerak bersama dengan cara yang sangat spesifik, ”jelas Sander Ott, ketua tim studi. “Tetapi menurut hukum mekanika kuantum, setiap putaran dapat menunjuk ke arah yang berbeda pada waktu yang sama, membentuk superposisi. Ini berarti bahwa transfer informasi kuantum yang sebenarnya terjadi di atom sama seperti jenis percakapan lainnya. “

Jarum tajam

Dalam skala yang lebih besar, pertukaran informasi antar atom menyebabkan fenomena yang menarik. Contoh yang baik adalah superkonduktivitas: efek di mana beberapa komponen kehilangan semua hambatan listrik di bawah suhu tertentu. Bahkan dengan pemahaman yang baik tentang kasus yang paling sederhana, banyak yang tidak tahu bagaimana efek ini terjadi pada banyak material kompleks. Namun, sudah pasti bahwa interaksi kuantum magnetik memainkan peran utama. Para ilmuwan sangat ingin dapat mencegat pertukaran ini dalam upaya untuk menjelaskan fenomena semacam itu; Untuk mendengarkan percakapan antar atom.

Dalam kelompok Ott mereka mengambilnya secara langsung: mereka secara harfiah meletakkan dua atom di samping satu sama lain untuk melihat apa yang terjadi. Hal ini dimungkinkan karena mikroskop penerowongan pemindaian: perangkat di mana jarum tajam dapat mencari atom satu per satu dan bahkan mengaturnya kembali. Para peneliti menggunakan perangkat itu untuk menempatkan dua atom titanium pada jarak hanya satu nanometer – satu milimeter hingga satu milimeter. Pada jarak ini, atom dapat merasakan putaran satu sama lain. Jika Anda sekarang membengkokkan salah satu dari dua putaran, percakapan akan dimulai dengan sendirinya.

Biasanya, pembengkokan ini dilakukan dengan mentransmisikan sinyal radio yang sangat presisi ke atom. Teknik resonansi spin ini – yang mengingatkan pada prinsip efektif pemindai MRI yang ditemukan di rumah sakit – telah berhasil digunakan dalam penelitian bit kuantum. Alat ini juga tersedia untuk tim Delft, tetapi memiliki satu kekurangan. “Ini sangat lambat,” kata mahasiswa PhD Lucas Weldman. Ilmu Publikasi tersebut mengatakan, “Semua orang mulai memutar satu putaran sebelum Anda mulai memutar putaran lainnya. Anda tidak akan pernah dapat menyelidiki setelah menempatkan dua putaran ke arah yang berlawanan.”

Metode usang

Jadi para peneliti mencoba sesuatu yang tidak rasional: mereka tiba-tiba mengeluarkan arus listrik dan dengan cepat membalikkan putaran salah satu dari dua atom tersebut. Yang mengejutkan mereka, pendekatan yang ketat ini menghasilkan interaksi kuantum yang indah dengan buku. Selama pulsa, elektron bertabrakan dengan atom, menyebabkan putarannya berputar. Otte: “Tapi kami selalu berasumsi bahwa dalam prosesnya, informasi kuantum halus – yang disebut solidaritas – telah hilang. Bagaimanapun, elektron tidak koheren: sejarah setiap elektron sebelum tumbukan agak berbeda dan kekacauan ini ditransfer ke putaran atom, menghancurkan setiap kecocokan. “

Sekarang yang tampaknya tidak benar itu menjadi penyebab beberapa kontroversi. Jelas, setiap elektron acak, terlepas dari masa lalunya, dapat memulai superposisi koheren: kombinasi tertentu dari keadaan kuantum elementer yang diketahui dengan sempurna dan yang membentuk dasar dari hampir semua bentuk teknologi kuantum.

Superposisi sempurna

Marcus Ternes, salah satu penulis RWH Achen University dan pusat penelitian Zelich, berpendapat, “Hal terpenting bergantung pada pertanyaan yang Anda ajukan.” “Elektron membalikkan putaran atom untuk menandai kiri. Anda melihatnya sebagai ukuran, hapus semua memori kuantum. Tetapi dari sudut pandang sistem terintegrasi kedua atom, situasi yang dihasilkan sama sekali tidak biasa. Bersama dengan dua atom, keadaan baru membentuk superposisi sempurna dengan memungkinkan pertukaran informasi di antara mereka. Ini secara serius melibatkan kedua putaran: keadaan kuantum aneh di mana mereka berbagi lebih banyak informasi tentang satu sama lain daripada yang mungkin dilakukan dengan cara klasik. “

Penemuan ini bisa menjadi penting untuk penelitian bit kuantum. Mungkin dalam penelitian itu Anda bisa menjauh dengan sedikit kurang hati-hati saat memulai keadaan kuantum. Tetapi bagi Otte dan timnya, ini adalah titik awal untuk sebagian besar tes yang lebih indah. Weldman: “Di sini kita menggunakan dua atom, tetapi bagaimana jika Anda menggunakan tiga? Bukan sepuluh, atau seribu? Tidak ada yang bisa memprediksi, karena daya komputasi untuk bilangan tidak cukup. Mungkin suatu hari kita akan dapat mendengar percakapan kuantum itu mendahuluinya. “Tidak ada yang mendengarkan.”

Referensi: “Evolusi Bebas Sistem Perputaran Atom Bersama yang Diprakarsai oleh Hamburan Elektronik” Lucas M. Weldman, Latitia Farinachi, Ross Rezali, Rick Brookvoven, Jeremy Gobiel, David Coffey, Marcus Ternes dan Alexander F. 28 Mei 2021 Ilmu.
DOI: 10.1126 / Science.abg8223 23

Pendanaan: Dutch Research Council (NWO), hibah VCI

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Menyelidiki lebih dalam tentang asal usul sinar kosmik dengan gerakan Brown geometris

Representasi skema sinar kosmik yang merambat melalui awan magnetik. Kredit: Salvatore Buonocore Model simulasi menyediakan langkah pertama dalam mengembangkan algoritma untuk meningkatkan metode deteksi. Sinar...

Penyerapan elektron terpisah yang ditangkap dalam film

Film menangkap gambar penangkapan elektron terpisah. Kredit: Javier Marmolejo Para peneliti di Universitas Gothenburg telah mengamati penyerapan satu elektron oleh tetesan melayang dengan amplitudo...

Perlindungan probiotik? Bakteri Usus Ditemukan Melindungi Usus Terhadap Virus COVID-19

Para peneliti dari Universitas Yonsei di Korea Selatan telah menemukan bahwa bakteri tertentu yang hidup di usus manusia mengeluarkan obat yang menghambat SARS-CoV-2. ...

Menggali sejarah populasi Neanderthal menggunakan DNA nuklir purba dari sedimen gua

Galeri patung gua di Spanyol utara. Penulis: Javier Trueba - film sains Madrid DNA mitokondria manusia purba telah diekstraksi dari deposit gua, tetapi nilainya...

Sakelar Semikonduktor Berpanduan Laser untuk Komunikasi Generasi Selanjutnya

Insinyur Laboratorium Nasional Lawrence Livermore telah menemukan jenis baru sakelar semikonduktor yang digerakkan oleh laser yang secara teoritis dapat mencapai kecepatan lebih tinggi pada...

Newsletter

Subscribe to stay updated.