Φυσικοί ανακοινώνουν μια σημαντική ανακάλυψη στην κβαντική συνοχή σε θερμοκρασία δωματίου

Κβαντική συνοχή: Η θερμότητα είναι ο εχθρός της κβαντικής αβεβαιότητας. Τακτοποιώντας τα μόρια που απορροφούν το φως με δομημένο τρόπο, φυσικοί στην Ιαπωνία διατήρησαν την κρίσιμη, ακόμη προς προσδιορισμό κατάσταση των σπιν ηλεκτρονίων για 100 νανοδευτερόλεπτα κοντά σε θερμοκρασία δωματίου.

Η καινοτομία θα μπορούσε να έχει βαθύ αντίκτυπο στην πρόοδο στην ανάπτυξη της κβαντικής τεχνολογίας που δεν βασίζεται στον ογκώδη και ακριβό ψυκτικό εξοπλισμό που απαιτείται σήμερα για τη διατήρηση των σωματιδίων σε μια λεγόμενη «συνεκτική» μορφή.

Σε αντίθεση με τον τρόπο που περιγράφουμε αντικείμενα στην καθημερινή μας ζωή, τα οποία έχουν ιδιότητες όπως το χρώμα, τη θέση, την ταχύτητα και την περιστροφή, οι κβαντικές περιγραφές των αντικειμένων περιλαμβάνουν κάτι λιγότερο σταθερό. Έως ότου τα χαρακτηριστικά τους οριστικοποιηθούν, πρέπει να αντιμετωπίζουμε τα αντικείμενα σαν να είναι λερωμένα σε ένα μεγάλο χώρο, να περιστρέφονται προς διαφορετικές κατευθύνσεις, αλλά να υιοθετήσουμε μια απλή μέτρηση.

Οι κανόνες που διέπουν αυτό το πλήθος δυνατοτήτων, που ονομάζονται υπερθέσεις, προσφέρουν στους μηχανικούς ένα ολόκληρο κουτί μαθηματικών κόλπων για να παίξουν. Αυτοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ειδικοί τύποι υπολογιστών για τη συμπίεση αριθμών ή για την εκμετάλλευση των μέτρων ασφαλείας για την επικοινωνία , ακόμη και για χρήση σε εξαιρετικά ευαίσθητες συσκευές μέτρησης και απεικόνισης .

Ωστόσο, κάθε αλληλεπίδραση με το περιβάλλον τους αλλάζει αυτή την ομίχλη πιθανοτήτων κατά κάποιο τρόπο. Σε ένα επίπεδο, αυτό είναι χρήσιμο. Οι κβαντικοί υπολογιστές βασίζονται στην εμπλοκή των σωματιδίων μεταξύ τους για να τελειοποιήσουν τις υπερθέσεις τους. Οι κβαντικοί αισθητήρες βασίζονται σε ακριβείς αλληλεπιδράσεις μεταξύ μιας υπέρθεσης και του περιβάλλοντος για να μετρήσουν το περιβάλλον τους.

Ανεβάστε τη θερμοκρασία, το χτύπημα και το άλεσμα των ατόμων που τρεμοπαίζουν και η εκτυφλωτική λάμψη του ηλεκτρομαγνητισμού θα μετατρέψουν εύκολα ένα συνεκτικό βουητό της πιθανότητας σωματιδίων σε ένα άχρηστο κομμάτι βαρετού παλιού ηλεκτρονίου.

Αυτό δεν είναι τεράστιο πρόβλημα εάν έχετε τους πόρους για να αντλήσετε εξαιρετικά κρύα υγρά μέσω του εξοπλισμού σας για να μειώσετε αυτόν τον θόρυβο. Αλλά αυτό που πραγματικά ονειρεύεται κάθε κβαντικός φυσικός είναι ένας τρόπος να κρατήσει χαμηλά το κόστος λειτουργώντας τις συσκευές του σε θερμοκρασίες πολύ πάνω από το μηδέν.

Το κατόρθωμα έχει επιτευχθεί στο παρελθόν σε ειδικά σχεδιασμένα σύμπλοκα κατασκευασμένα από μέταλλα που διατηρούν τις κβαντικές καταστάσεις σε μορφή υπέρθεσης τόσο πολύ ώστε να είναι σχετικά χρήσιμα.

Σε αυτή τη νέα ανακάλυψη, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν για πρώτη φορά ένα διαφορετικό είδος υλικού που ονομάζεται μεταλλικό-οργανικό πλαίσιο (MOF). Σε αυτή τη δομή ενσωμάτωσαν μόρια που ονομάζονται χρωμοφόρα , τα οποία απορροφούν και εκπέμπουν φως σε συγκεκριμένα μήκη κύματος.

“Το MOF σε αυτό το έργο είναι ένα μοναδικό σύστημα που μπορεί να συσσωρεύει πυκνά χρωμοφόρα. Επιπλέον, οι νανοπόροι μέσα στον κρύσταλλο επιτρέπουν στο χρωμοφόρο να περιστρέφεται, αλλά σε μια πολύ περιορισμένη γωνία”, λέει ο Nobuhiro Yanai, φυσικός από το Πανεπιστήμιο Kyushu.

Όπως κάνουν, ζεύγη ηλεκτρονίων σε αυτά τα χρωμοφόρα με αντίστοιχο σπιν κλωτσούνται σε μια νέα διάταξη που λειτουργούν σε μια υπέρθεση. Αν και το φαινόμενο έχει εξεταστεί προσεκτικά στην τεχνολογία των ηλιακών κυψελών, είχε ακόμη εξεταστεί για σκοπούς κβαντικής ανίχνευσης.

Σε ένα πείραμα με επικεφαλής τον Yanai, μια ομάδα ερευνητών χρησιμοποίησε μικροκύματα για να ανιχνεύσει τα ηλεκτρόνια στις μετασχηματισμένες τους καταστάσεις για να αποδείξει ότι μπορούσαν να παραμείνουν συνεκτικά σε μορφή υπέρθεσης για περίπου 100 δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου σε θερμοκρασία δωματίου – μια αξιοσέβαστη διάρκεια που θα μπορούσε να επεκταθεί. με κάποια τελειοποίηση.

«Αυτό μπορεί να ανοίξει πόρτες σε μοριακούς κβαντικούς υπολογισμούς σε θερμοκρασία δωματίου που βασίζονται σε πολλαπλό έλεγχο κβαντικής πύλης και κβαντική ανίχνευση διαφόρων ενώσεων-στόχων», λέει ο Yanai.