Исследователи из Делфтского технического университета в Нидерландах сделали значительный шаг вперёд в изучении квантовой физики. Они впервые смогли инициировать контролируемое движение в самом сердце атома, что открывает новые перспективы для хранения квантовой информации и управления ею.

Ключевым достижением исследования стала возможность заставить атомное ядро взаимодействовать с одним из электронов на внешней оболочке атома. Это взаимодействие позволило учёным манипулировать электроном и считывать его данные с помощью иглы сканирующего туннельного микроскопа. Такой метод может стать основой для будущих квантовых вычислений.

Для эксперимента был выбран атом титана, а точнее его изотоп Ti-47, у которого на один нейтрон меньше, чем у распространённого в природе Ti-48. Это делает ядро атома слегка магнитным, или, на языке квантовой физики, оно обладает спином. Спин можно представить как стрелку компаса, указывающую в определённые направления, что и является частью квантовой информации.

Ядро атома обычно находится в центре, вдали от вращающихся электронов. Однако из-за слабого сверхтонкого взаимодействия между спином ядра и спином электрона возникает возможность их взаимного влияния. Исследователи использовали тщательно настроенное магнитное поле, чтобы активировать это взаимодействие. После настройки условий был создан импульс напряжения, который выводил спин электрона из равновесия, и оба спина начинали колебаться синхронно, что длилось доли микросекунды.

Что делает это исследование особенно важным, так это согласие результатов эксперимента с квантовыми предсказаниями. Исследователи отметили, что колебания спинов шли по сценарию, предсказанному Шрёдингером. Более того, проведённые учёными расчёты показали практически полное совпадение с наблюдаемыми флуктуациями, что подтверждает, что квантовая информация не теряется при взаимодействии электрона и ядра.

Одной из главных целей этого исследования стало изучение перспектив хранения квантовой информации в ядре атома. Спин ядра, защищённый от влияния внешней среды, представляет собой жизнеспособного кандидата для этой роли. В условиях, где внешние возмущения минимальны, ядро может хранить квантовую информацию дольше, чем электронные системы, что делает этот подход перспективным для будущих квантовых компьютеров.