Onderzoekers van het Center for Quantum Nanoscience binnen het Institute for Basic Science (IBS) hebben een grote doorbraak bereikt in het beheersen van de kwantumeigenschappen van afzonderlijke atomen. In een internationale samenwerking met IBM Research in San Jose, Californië, met behulp van geavanceerde technieken, de wetenschappers identificeerden welke mechanismen de kwantumeigenschappen van individuele atomen vernietigen door de magnetische toestand van een enkel ijzeratoom op een dunne isolator te manipuleren. Met behulp van een scanning tunneling microscoop met een atomair scherpe metalen punt, ze waren in staat om individuele ijzeratomen in beeld te brengen en de tijd te meten en te controleren dat ze hun kwantumgedrag handhaven.

Hun bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang , laten zien dat het verlies in superpositie van kwantumtoestanden voornamelijk wordt veroorzaakt door nabije elektronen die de onderzoekers precies in het ijzeratoom hebben geïnjecteerd.

"We ontdekten dat bijna elk elektron de kwantumtoestand vernietigt, " legt Dr. Philip Willke uit, eerste auteur van de studie. "In aanvulling, we ontdekten dat nabijgelegen fluctuerende magneten een vergelijkbare negatieve impact hadden. Terwijl onze experimenten de staat van superpositie met opzet verminderden, het gaf ons ook waardevolle aanwijzingen over hoe we de kwantumtoestanden van de atomen kunnen verbeteren."

Andreas Heinrich, Directeur van het IBS Center for Quantum Nanoscience, zei, "Door deze destructieve interacties te begrijpen, kunnen we ze in toekomstige experimenten vermijden en de prestaties verbeteren van magnetische kwantumsensoren die, in dit geval, bestaan ​​slechts uit een enkel atoom."

Quantum-nanowetenschap vertrouwt op het benutten van de eigenschappen van atomen en moleculen voor mogelijke vooruitgang in kwantumdetectie, potentieel verbeterende apparaten die dergelijke technologie gebruiken, inclusief ziekenhuis MRI-machines.

Ook kwantumcomputers kunnen mogelijk profiteren van dit onderzoek. Hoewel nog in de vroege ontwikkeling, kwantumberekening belooft beter te presteren dan klassieke computers in taken zoals databasebeheer, zoeken en optimaliseren. Een kwantumsysteem kan twee kwantumtoestanden tegelijkertijd handhaven, een toestand die bekend staat als de superpositie van kwantumtoestanden. Echter, wanneer zo'n kwantumsysteem interageert in bepaalde omgevingen - hetzij door gewenst of ongewenst contact - wordt deze superpositie van toestanden gemakkelijk vernietigd. Natuurkundigen proberen deze processen te begrijpen en te beheersen.