Австралийские инженеры случайно раскрыли полувековую квантовую загадку
Почти 60 лет назад лауреат Нобелевской премии физик Николаас Блумберген предсказал новое явление под названием ядерный электрический резонанс. Но никто не смог продемонстрировать его в действии — до сих пор.
Фактическое доказательство ядерного электрического резонанса было случайно обнаружено в лаборатории в Университете Нового Южного Уэльса (UNSW) в Австралии, благодаря неисправному оборудованию. Прорыв дает ученым новый уровень контроля над ядрами и может серьезно ускорить разработку квантовых компьютеров.
Центральным в этом явлении является идея управления вращением отдельных атомов с помощью электрических, а не магнитных полей. Это означает более точное управление ядрами, что может сказаться в различных областях науки.
«Это открытие означает, что у нас теперь есть возможность создания квантовых компьютеров с использованием одноатомных спинов без необходимости какого-либо колебательного магнитного поля для их работы», — говорит квантовый физик Андреа Морелло из UNSW.
«Более того, мы можем использовать эти ядра в качестве изысканно точных датчиков электрических и магнитных полей или для ответов на фундаментальные вопросы квантовой науки».
В некоторых ситуациях ядерный электрический резонанс может заменить ядерный магнитный резонанс, который сегодня широко используется для различных целей: для сканирования человеческих тел, химических элементов, скальных образований и многого другого.
Проблема с магнитным полем заключается в том, что оно требует мощных токов, больших катушек и значительного пространства.
Если вы хотите контролировать отдельные атомные ядра — возможно, для квантовых вычислений или очень маленьких датчиков — тогда ядерный магнитный резонанс не очень хороший инструмент для работы.
«Выполнение магнитного резонанса похоже на попытку переместить определенный шар на бильярдный стол, подняв и тряся весь стол», — говорит Морелло. «Мы переместим намеченный шар, но мы также переместим все остальные».
«Прорыв в изучении электрического резонанса подобен тому, вручению настоящей бильярдной палке, чтобы ударить по шару именно туда, куда ты хочешь».
Именно во время эксперимента по ядерному магнитному резонансу исследователи UNSW решили задачу, поставленную Блумбергеном в 1961 году, и все это было связано со сломанной антенной. После некоторых неожиданных результатов исследователи поняли, что их оборудование неисправно — и продемонстрировали ядерный электрический резонанс.
С последующим компьютерным моделированием команда смогла показать, что электрические поля могут влиять на ядро на фундаментальном уровне, искажая атомные связи вокруг ядра и вызывая его переориентацию.
Теперь, когда ученые знают, как может работать ядерный электрический резонанс, они могут исследовать новые способы его применения. Более того, мы можем добавить это к растущему списку значительных научных открытий, которые были сделаны случайно.
«Этот знаменательный результат откроет сокровищницу открытий», — говорит Морелло. «Созданная нами система обладает достаточной сложностью для изучения того, как классический мир, который мы ощущаем каждый день, выходит из квантовой сферы».
«Более того, мы можем использовать его квантовую сложность для создания датчиков электромагнитных полей со значительно улучшенной чувствительностью. И все это в простом электронном устройстве, выполненном из кремния, с небольшим напряжением, приложенным к металлическому электроду».
Исследование было опубликовано в журнале Nature.
Источники: Фото: UNSW/Tony Melov
