Գիտնականները սովորել են կառավարել առանձին էլեկտրոնների քվանտային վիճակը. սա կարող է բեկում մտցնել քվանտային հաշվարկներում

Ռեգենսբուրգի համալսարանի ֆիզիկոսները գտել են առանձին էլեկտրոնների քվանտային վիճակը մանիպուլյացիայի ենթարկելու միջոց՝ օգտագործելով ատոմային կետայնությամբ մանրադիտակ: Հետազոտության արդյունքները հրապարակվել են հայտնի Nature ամսագրում: Սա կարող է բեկումնային հետևանքներ ունենալ քվանտային հաշվարկների համար:

Այսօր հնարավոր է մանրադիտակի միջոցով մեծ ճշգրտությամբ ուսումնասիրել ոչ միայն մոլեկուլները, այլ նույնիսկ այն ատոմները, որոնցից դրանք բաղկացած են: Ֆիզիկոսների նորագույն գյուտը կոչվում է «ատոմական ուժային մանրադիտակ»: Ի տարբերություն օպտիկական մանրադիտակի, ատոմական ուժային մանրադիտակը գործում է այլ սկզբունքներով. դրա աշխատանքը հիմնված է սարքի ծայրի և ուսումնասիրվող մոլեկուլի միջև եղած ամենափոքր ուժերի զգայունության վրա: Հետազոտության այս մոտեցմամբ հնարավոր է ստանալ մոլեկուլի ներքին կառուցվածքի «պատկերը»: Այնուամենայնիվ, այս կերպ դիտարկելով մոլեկուլը, չի կարելի վստահորեն ասել, որ մեթոդը թույլ է տալիս իմանալ դրա բոլոր հատկությունները: Օրինակ՝ այժմ շատ դժվար է որոշել, թե ինչ ատոմներից է բաղկացած մոլեկուլը։

Բարեբախտաբար, կան այլ գործիքներ, որոնք թույլ են տալիս որոշել մոլեկուլների բաղադրությունը: Այդպիսի մեթոդներից է էլեկտրոնային սպին ռեզոնանսը, որը հիմնված է նույն սկզբունքների վրա, ինչ մագնիսառեզոնանսային շերտագրումը բժշկության մեջ։ Այնուամենայնիվ, էլեկտրոնային սպին ռեզոնանսի դեպքում ազդանշանը ստանալու համար (բավական հզոր ազդանշան, որպեսզի այն հնարավոր լինի հայտնաբերել) ​​սովորաբար պահանջվում է անթիվ մոլեկուլներ: Հետևաբար, հնարավոր չէ հասանելիություն ստանալ յուրաքանչյուր մոլեկուլի հատկություններին, այլ միայն դրանց միջին արժեքին:

Ռեգենսբուրգի համալսարանի հետազոտողները՝ Փորձարարական և կիրառական ֆիզիկայի ինստիտուտի գիտաշխատող պրոֆեսոր Յաշա Ռեփի գլխավորությամբ, այժմ էլեկտրոնային սպինի ռեզոնանսն ինտեգրել են ատոմական ուժային մանրադիտակին: Պետք է նշել, որ էլեկտրոնային սպինի ռեզոնանսը գրանցվում է անմիջապես մանրադիտակի ծայրի միջոցով, այնպես որ ազդանշանը գալիս է միայն մեկ առանձին մոլեկուլից, ինչը գիտնականներին հնարավորություն է տալիս բնութագրել առանձին մոլեկուլներ: Սա հնարավորություն է տվել անմիջապես որոշել, թե ինչ ատոմներից է բաղկացած այն մոլեկուլը, որն իրենք ուսումնասիրում են:

«Մենք նույնիսկ կարողացանք տարբերակել մոլեկուլները, որոնք տարբերվում են ոչ թե ատոմների տեսակով, որոնցից կազմված են, այլ միայն իրենց իզոտոպներով, այսինքն՝ ատոմային միջուկների կազմով»,- ասել է հետազոտության առաջին հեղինակ Լիզան Սելլիսը:

«Սակայն մեզ ավելի շատ հետաքրքրեց մեկ այլ հնարավորություն, որը պարունակում է էլեկտրոնային սպինի ռեզոնանսը,- բացատրել է պրոֆեսոր Ռեփը,- Այս տեխնիկան կարող է օգտագործվել մոլեկուլում առկա էլեկտրոնների սպին-քվանտային վիճակը վերահսկելու համար»:

Լուսանկարում դա պատկերված է փոքր գունավոր սլաքներով: Սակայն ինչո՞ւ է սա հետաքրքիր: Բանն այն է, որ քվանտային համակարգիչները պահում և մշակում են տեղեկությունը, որը կոդավորված է քվանտային վիճակում: Հաշվարկներ կատարելու համար քվանտային համակարգիչները պետք է մանիպուլյացիայի ենթարկեն քվանտային վիճակը՝ չկորցնելով տեղեկությունները այսպես կոչված դեկոհերետության արդյունքում։ Դեկոհերենցիան կոհերենտության գործընթացի խաթարումն է (կապը երկու քվանտային խճճված մասնիկների միջև), որն առաջանում է շրջակա միջավայրի հետ քվանտային մեխանիկական համակարգի փոխազդեցության արդյունքում, որն անշրջելի է թերմոդինամիկայի տեսանկյունից:

Ռեգենսբուրգի հետազոտողները ցույց են տվել, որ իրենց նոր տեխնիկայով կարող են սպինի քվանտային վիճակը մեկ մոլեկուլում կառավարել մի քանի անգամ, նախքան այդ վիճակը կքայքայվի: Քանի որ մանրադիտակը կարող է պատկերել մոլեկուլի առանձին մասեր, նոր տեխնիկան կարող է օգնել հասկանալու, թե ինչպես է քվանտային համակարգչի դեկոհերենտությունը կախված ատոմային միջավայրից և, ի վերջո, ինչպես խուսափել դրանից: Իսկ սա դեպի ավելի պարզ, և ամենակարևորը, ավելի ճշգրիտ քվանտային հաշվարկների տանող ճանապարհն է: