Gli scienziati del Centro di ricerca per la scienza e la tecnologia avanzata (RCAST) dell'Università di Tokyo hanno dimostrato un metodo per accoppiare una sfera magnetica con un sensore tramite lo strano potere dell'entanglement quantistico. Hanno dimostrato che l'esistenza anche di una singola eccitazione magnetica nella sfera può essere rilevata con una misurazione one-shot. Questo lavoro rappresenta un importante progresso verso i sistemi quantistici che possono interagire con i materiali magnetici.

Immagina di avere un sensore abbastanza potente da dirti, in un colpo solo, se un pagliaio vicino contenesse un ago o meno. Un simile dispositivo potrebbe sembrare che potrebbe esistere solo nella fantascienza, ma, utilizzando uno degli effetti più controintuitivi della meccanica quantistica, questo livello di sensibilità può diventare realtà. impigliamento, lo strano processo al centro della meccanica quantistica che consente alle particelle collegate di interagire istantaneamente su lunghe distanze, una volta era chiamato "azione spettrale a distanza" da Albert Einstein.

Gli esperimenti hanno confermato che la meccanica quantistica consente situazioni in cui parti di un sistema non possono più essere descritte separatamente, ma piuttosto diventare fondamentalmente impigliato, tale che la misurazione dell'uno determina automaticamente il destino dell'altro. Per esempio, due elettroni possono impigliarsi in modo che siano entrambi rivolti verso l'alto o entrambi rivolti verso il basso, quindi la misurazione di uno influisce istantaneamente sullo stato dell'altro. "L'entanglement è stato nei libri di testo di meccanica quantistica per decenni, " dice il primo autore, il dottor Dany Lachance-Quirion, "ma le applicazioni per produrre rivelatori molto sensibili con esso stanno iniziando solo ora a essere realizzate".

Negli esperimenti condotti presso RCAST, una sfera millimetrica di granato di ferro ittrio è stata posta nella stessa cavità risonante di un qubit di giunzione Josephson superconduttore, che fungeva da sensore. A causa dell'accoppiamento della sfera alla cavità risonante, e, a sua volta, tra la cavità al qubit, il qubit potrebbe essere eccitato solo da un impulso elettromagnetico se non fossero presenti eccitazioni magnetiche nella sfera. La lettura dello stato del qubit rivela quindi lo stato della sfera.

"Utilizzando il rilevamento a colpo singolo invece della media, siamo stati in grado di rendere il nostro dispositivo altamente sensibile e molto veloce, " Il professor Yasunobu Nakamura spiega. "Questa ricerca potrebbe aprire la strada a sensori abbastanza potenti da aiutare nella ricerca di particelle teoriche di materia oscura chiamate assioni".

Il lavoro è pubblicato sulla rivista Scienza come "rilevamento a colpo singolo basato sull'entanglement di un singolo magnon con un qubit superconduttore".