Физики объявляют о прорыве в области квантовой когерентности при комнатной температуре
Тепло — враг квантовой неопределенности. Располагая поглощающие свет молекулы упорядоченным образом, физики в Японии поддерживают критическое, еще не определенное состояние спинов электронов в течение 100 наносекунд при комнатной температуре.
Эта инновация может иметь глубокие последствия. влияние на прогресс в разработке квантовых технологий, которые не полагаются на громоздкое и дорогое охлаждающее оборудование, необходимое в настоящее время для поддержания частиц в так называемой «когерентной» форме.
В отличие от того, как мы описываем объекты в наши дни В современной жизни, обладающей такими качествами, как цвет, положение, скорость и вращение, квантовые описания объектов подразумевают нечто менее устоявшееся. Пока их характеристики не будут зафиксированы при беглом взгляде, мы должны относиться к объектам так, как будто они размазаны по широкому пространству, вращаясь в разных направлениях, но при этом применять простые измерения.
Правила, регулирующие это Множество возможностей, называемых суперпозициями, предоставляют инженерам целый набор математических трюков. Их можно использовать в качестве специальных компьютеров для обработки чисел или для использования мер безопасности при общении, и даже использовать в сверхчувствительных устройствах измерения и формирования изображений.
Тем не менее, каждое взаимодействие с окружающей средой меняет эту дымку. возможности каким-то образом. С одной стороны, это полезно. Квантовые компьютеры полагаются на запутанность частиц друг с другом для точной настройки их суперпозиций. Квантовые датчики полагаются на точное взаимодействие между суперпозицией и окружающей средой для измерения своего окружения.
Увеличьте температуру, стук трясущихся атомов и ослепляющее сияние электромагнетизма легко превратят связный гул возможность частицы превратиться в бесполезный кусок скучного старого электрона.
Это не такая уж большая проблема, если у вас есть ресурсы для прокачки сверххолодных жидкостей через ваше оборудование, чтобы снизить этот шум. Но о чем действительно мечтает каждый квантовый физик, так это о том, как снизить затраты, запуская свои устройства при температурах, значительно превышающих точку замерзания.
Подобный подвиг уже совершался ранее в специально разработанных комплексах из металлов, сохраняющих квантовые состояния. в форме суперпозиции ровно настолько, чтобы они могли быть относительно полезными.
В этом новом прорыве исследователи впервые использовали другой тип материала, называемый металлоорганическим каркасом (MOF). В эту структуру они встроили молекулы, называемые хромофорами, которые поглощают и излучают свет определенных длин волн.
«MOF в этой работе представляет собой уникальную систему, которая может плотно накапливать хромофоры. Кроме того, нанопоры внутри кристалла позволяют хромофор вращается, но под очень ограниченным углом», — говорит Нобухиро Янаи, физик из Университета Кюсю.
При этом пары электронов в этих хромофорах с совпадающим спином перемещаются в новое расположение, которое действуют в суперпозиции. Хотя это явление тщательно изучалось в технологии солнечных батарей, оно все еще использовалось в целях квантового зондирования.
В эксперименте, проведенном Янаи, группа исследователей использовала микроволны для исследования электронов в своих солнечных батареях. трансформированные состояния, чтобы продемонстрировать, что они могут оставаться когерентными в форме суперпозиции в течение примерно 100 миллиардных долей секунды при комнатной температуре – приличная продолжительность, которую можно увеличить с помощью некоторой тонкой настройки.
«Это может открыть двери к молекулярным квантовым вычислениям при комнатной температуре, основанным на множественном управлении квантовыми вентилями и квантовом распознавании различных целевых соединений», — говорит Янаи.
Это исследование было опубликовано в журнале Science Advances.
>
