Интегриране на електронния спинов резонанс в атомно-силовата микроскопия(илюстрация: Eugenio Vázquez

Интегриране на електронния спинов резонанс в атомно-силовата микроскопия
(илюстрация: Eugenio Vázquez / University of Regensburg)

Физици от университета в Регенсбург са намерили метод да манипулират квантовото положение на обособените електрони благодарение на микроскоп с атомна резолюция. Това е пробив, който евентуално има голямо значение за квантовите калкулации. Резултатите от проучването са оповестени в научното сп. Nature.

Светът към нас се състои от молекули, толкоз дребни, че даже една прашинка съдържа безчет доста от тях. Напредъкът в технологиите направи допустимо да се изследват с висока акуратност освен молекулите, само че даже и атомите, от които те се състоят, благодарение на микроскоп.

Най-новото откритие на физиците се назовава „ атомно-силов микроскоп ”. За разлика от оптичния микроскоп, той действа на друг принцип: работата му се основава на чувствителността на най-малките сили сред върха на устройството и изследваната молекула. С този метод е допустимо да се получи „ облик ” на вътрешната конструкция на молекулата.

Въпреки това, наблюдавайки една молекула по този метод, не може да се каже сигурно, че методът разрешава да се схванат всички нейни свойства. Например, в този момент е доста мъчно да се дефинира от кои атоми се състои една молекула.
още по темата
Добрата вест е, че има и други принадлежности, които разрешават на учените да дефинират състава на молекулите. Един подобен способ е електронният спинов резонанс, който се основава на същите правила като магнитния резонанс в медицината. Но при електронния спинов резонанс нормално са нужни безчет молекули за приемане на сигнал, задоволително мощен, с цел да бъде открит. По този метод не можете да получите достъп до свойствата на всяка молекула, а единствено до тяхната междинна стойност.

Изследователи от университета в Регенсбург, ръководени от професор доктор Яша Реп от Института по пробна и приложна физика, към този момент са интегрирали електронния спинов резонанс в атомно-силовата микроскопия. Специално би трябвало да се означи, че електронният спинов резонанс се записва непосредствено благодарение на върха на микроскопа, тъй че сигналът идва единствено от една обособена молекула. По този метод учените могат да характеризират обособени молекули. Това дава опция неотложно да се дефинира от кои атоми е формирана изследваната молекула.

„ Ние даже успяхме да отличим молекули, които се разграничават не по типа на атомите, от които са построени, а единствено по своите изотопи, т.е. състава на атомните ядра ”, споделя Лизан Селис, първи създател на проучването.

„ Въпреки това бяхме още по-заинтригувани от друга опция, която носи в себе си електронният спинов резонанс ”, изяснява професор Реп. „ Тази техника може да се употребява за управление на спин-квантовото положение на електрони, присъстващи в молекула ”.

Но за какво това е забавно? Квантовите компютри съхраняват и обработват информация, която е кодирана в квантово положение. За да правят калкулации, квантовите компютри би трябвало да манипулират квантово положение, без да губят информация вследствие на така наречен декохерентност. Това е спиране на самата кохерентност (връзката сред две квантово заплетени частици), породено от взаимоотношението на квантово-механичната система с околната среда посредством развой, който е необратим от позиция на термодинамиката.

Изследователите от Регенсбург показват, че с новата си техника могат да манипулират квантовото положение на въртене в една молекула доста пъти, преди положението да се разпадне. Тъй като микроскопията е в положение да покаже характерни области на молекулата, новата техника може да помогне на учените да схванат зависимостта на декохерентността в квантовия компютър от атомната среда и в последна сметка по какъв начин да я избегнат. И това е пътят към по-прости и най-важното, по-точни квантови калкулации.