Wetenschappers van het Research Center for Advanced Science and Technology (RCAST) van de Universiteit van Tokyo demonstreerden een methode om een ​​magnetische bol te koppelen aan een sensor via de vreemde kracht van kwantumverstrengeling. Ze toonden aan dat het bestaan ​​van zelfs een enkele magnetische excitatie in de bol kon worden gedetecteerd met een eenmalige meting. Dit werk vertegenwoordigt een belangrijke vooruitgang in de richting van kwantumsystemen die kunnen interageren met magnetische materialen.

Stel je voor dat je een sensor hebt die krachtig genoeg is om je te vertellen, in één klap, of een hooiberg in de buurt een naald bevatte of niet. Zo'n apparaat lijkt misschien alleen in sciencefiction te bestaan, maar, met behulp van een van de meest contra-intuïtieve effecten van de kwantummechanica, dit niveau van gevoeligheid kan werkelijkheid worden. verstrikking, het vreemde proces in het hart van de kwantummechanica waardoor gekoppelde deeltjes onmiddellijk kunnen interageren over lange afstanden, werd ooit door Albert Einstein "spookachtige actie op afstand" genoemd.

Experimenten hebben bevestigd dat de kwantummechanica situaties toelaat waarin delen van een systeem niet langer afzonderlijk kunnen worden beschreven, maar eerder fundamenteel verstrikt raken, zodanig dat meting van de een automatisch het lot van de ander bepaalt. Bijvoorbeeld, twee elektronen kunnen verstrengeld raken, zodat ze beide naar boven of beide naar beneden wijzen - dus het meten van de ene heeft onmiddellijk invloed op de toestand van de andere. "Verstrengeling staat al tientallen jaren in leerboeken over kwantummechanica, " zegt eerste auteur Dr. Dany Lachance-Quirion, "maar de toepassingen om er zeer gevoelige detectoren mee te produceren beginnen nu pas gerealiseerd te worden."

In de experimenten uitgevoerd bij RCAST, een millimetergrote bol van yttrium-ijzergranaat werd in dezelfde resonantieholte geplaatst als een supergeleidende Josephson-junctiequbit, die als sensor fungeerde. Vanwege de koppeling van de bol aan de resonantieholte, en, beurtelings, tussen de holte naar de qubit, de qubit kon alleen worden geëxciteerd door een elektromagnetische puls als er geen magnetische excitaties in de bol aanwezig waren. Het lezen van de toestand van de qubit onthult vervolgens de toestand van de bol.

"Door enkelvoudige detectie te gebruiken in plaats van middeling, we hebben ons apparaat zowel zeer gevoelig als zeer snel kunnen maken, " Professor Yasunobu Nakamura legt uit. "Dit onderzoek zou de weg kunnen openen voor sensoren die krachtig genoeg zijn om te helpen bij het zoeken naar theoretische donkere materiedeeltjes die axions worden genoemd."

Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap als "Entanglement-based single-shot detectie van een enkele magnon met een supergeleidende qubit."