I ricercatori del Center for Quantum Nanoscience all'interno dell'Institute for Basic Science (IBS) hanno compiuto un importante passo avanti nel controllo delle proprietà quantistiche dei singoli atomi. In una collaborazione internazionale con IBM Research a San Jose, California, utilizzando tecniche avanzate, gli scienziati hanno identificato quali meccanismi distruggono le proprietà quantistiche dei singoli atomi manipolando lo stato magnetico di un singolo atomo di ferro su un sottile isolante. Utilizzando un microscopio a scansione a effetto tunnel con una punta metallica atomicamente affilata, sono stati in grado di visualizzare i singoli atomi di ferro e misurare e controllare il tempo in cui mantengono il loro comportamento quantistico.

Le loro scoperte, pubblicato sulla rivista Progressi scientifici , mostrano che la perdita nella sovrapposizione dello stato quantistico è principalmente causata da elettroni vicini che i ricercatori hanno iniettato con precisione nell'atomo di ferro.

"Abbiamo scoperto che quasi ogni elettrone distrugge lo stato quantico, " spiega il dottor Philip Willke, primo autore dello studio. "Inoltre, abbiamo scoperto che i magneti fluttuanti nelle vicinanze hanno avuto un impatto negativo simile. Mentre i nostri esperimenti hanno diminuito di proposito lo stato di sovrapposizione, ci ha anche fornito preziosi indizi su come migliorare gli stati quantistici degli atomi".

Andreas Heinrich, Direttore dell'IBS Center for Quantum Nanoscience, disse, "Comprendere queste interazioni distruttive ci consente di evitarle in esperimenti futuri e migliorare le prestazioni dei sensori quantistici magnetici che, in questo caso, consistono solo di un singolo atomo."

La nanoscienza quantistica si basa sullo sfruttamento delle proprietà di atomi e molecole per potenziali progressi nel rilevamento quantistico, potenzialmente migliorare i dispositivi che utilizzano tale tecnologia, comprese le macchine per la risonanza magnetica ospedaliera.

Anche i computer quantistici potrebbero trarre vantaggio da questa ricerca. Mentre ancora in fase di sviluppo iniziale, il calcolo quantistico promette di superare i computer classici in compiti come la gestione di database, ricerca e ottimizzazione. Un sistema quantistico può mantenere due stati quantistici contemporaneamente, una condizione nota come sovrapposizione di stati quantistici. Però, quando un tale sistema quantistico interagisce in particolari ambienti, tramite un contatto desiderato o indesiderato, questa sovrapposizione di stati viene facilmente distrutta. I fisici cercano di comprendere e controllare questi processi.