I ricercatori del Center for Quantum Nanoscience (QNS) all'interno dell'Institute for Basic Science (IBS) hanno ottenuto un importante passo avanti nella schermatura delle proprietà quantistiche dei singoli atomi su una superficie. Gli scienziati hanno usato il magnetismo dei singoli atomi, noto come rotazione, come elemento di base per l'elaborazione delle informazioni quantistiche. I ricercatori potrebbero dimostrare che impacchettando due atomi strettamente insieme potrebbero proteggere le loro fragili proprietà quantistiche molto meglio che per un solo atomo.

Lo spin è un oggetto fondamentale della meccanica quantistica e governa le proprietà magnetiche dei materiali. In un quadro classico, la rotazione spesso può essere considerata come l'ago di un compasso. I poli nord o sud dell'ago, Per esempio, può rappresentare spin su o giù. Però, secondo le leggi della meccanica quantistica, lo spin può anche puntare in entrambe le direzioni allo stesso tempo. Questo stato di sovrapposizione è molto fragile poiché l'interazione dello spin con l'ambiente locale provoca lo sfasamento della sovrapposizione. Comprendere il meccanismo di sfasamento e migliorare la coerenza quantistica sono uno degli ingredienti chiave per l'elaborazione dell'informazione quantistica basata sullo spin.

In questo studio, pubblicato sulla rivista Progressi scientifici il 9 novembre 2018, Gli scienziati del QNS hanno cercato di sopprimere la decoerenza dei singoli atomi assemblandoli strettamente insieme. Le girate, per cui hanno usato singoli atomi di titanio, sono stati studiati utilizzando una punta metallica affilata di un microscopio a effetto tunnel e gli stati di spin degli atomi sono stati rilevati utilizzando la risonanza di spin degli elettroni. I ricercatori hanno scoperto che avvicinando gli atomi molto vicini (1 milione di volte più vicini di un millimetro), potrebbero proteggere gli stati di sovrapposizione di questi due atomi accoppiati magneticamente 20 volte più a lungo rispetto a un singolo atomo.

"Come una falange, i due atomi erano in grado di proteggersi a vicenda dagli influssi esterni meglio che da soli, " ha detto il dottor Yujeong Bae, ricercatore presso QNS e primo autore dello studio. "In quel modo, gli stati quantistici entangled che abbiamo creato non sono stati influenzati da perturbazioni ambientali come il rumore del campo magnetico".

"Questo è uno sviluppo significativo che mostra come possiamo progettare e percepire gli stati degli atomi. Questo ci consente di esplorare la loro possibilità di essere utilizzati come bit quantistici per la futura elaborazione delle informazioni quantistiche, " ha detto il prof. Andreas Heinrich, direttore di QNS. In esperimenti futuri, i ricercatori hanno in programma di costruire strutture ancora più sofisticate per esplorare e migliorare le proprietà quantistiche di singoli atomi e nanostrutture.