Zum ersten Mal ein Quantengespräch zwischen zwei Atomen!

Um dieses Phänomen besser zu verstehen, führten Forscher der Technischen Universität Delft in den Niederlanden in Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen und dem Forschungszentrum Jülich in Deutschland Experimente durch, mit denen sie diese Quantenwechselwirkungen visualisieren konnten. Ihre Ergebnisse wurden gerade in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft.

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Eine „Art Gespräch“ zwischen Atomen

Die magnetischen Eigenschaften von Materialien hängen von der elektronischen Konfiguration ihrer Atome ab: Die Bewegung von Elektronen um den Atomkern erzeugt ein magnetisches Moment, das als Spin bezeichnet wird. Diese Rotationen können sich jedoch gegenseitig beeinflussen, z. B. Kompassnadeln, die man zusammenhält. Wenn Sie also einen kleinen Schubs geben, bewegen sie sich auf ganz bestimmte Weise zusammen.

Die Gesetze der Quantenmechanik zeigen jedoch, dass jede Wicklung gleichzeitig in verschiedene Richtungen gerichtet werden kann und eine Überlagerung von Zuständen bildet. „“Dies bedeutet, dass die eigentliche Übertragung von Quanteninformationen zwischen Atomen stattfindet, wie bei einer Art KonversationEr erklärt Alexander OttiWer hat diese Studie geleitet?

Mit einem Tunnelmikroskop, das einzelne Atome untersucht, beobachteten die Forscher das Verhalten von zwei Titanatomen im Abstand von etwas mehr als einem Nanometer. In dieser Entfernung können Atome die Rotation ihrer Nachbarn erfassen. Dann legten sie eine Drehung auf eine der beiden, um die erwartete Reaktion zu starten.

Perfekte Überlagerung ermöglicht den Informationsaustausch

Zu diesem Zweck besteht die am weitesten verbreitete Technik, die als „Rotationsresonanz“ bezeichnet wird, darin, Funksignale an Atome zu senden. Die Methode hat jedoch einen großen Nachteil: Sie ist sehr langsam. „“Ich fing kaum an, eine der Kurven zu drehen, bis die andere anfing, sich damit zu drehen. Auf diese Weise können Sie niemals untersuchen, was passiert, wenn Sie die beiden Kurven in entgegengesetzte Richtungen drehen.Sagt Lucas Feldman, Hauptautor der Studie.

Das Team musste also innovativ sein, um seine Ziele zu erreichen: Sie kehrten die Rotation eines der Atome durch einen plötzlichen elektrischen Impuls um – während eines Impulses kollidieren Elektronen mit dem Atom und lassen es sich drehen.

Wissenschaftler glaubten zuvor, dass quantitative Informationen, „Zusammenhalt“, dabei verloren gehen würden. Die Erfahrung zeigt jedoch, dass jedes Elektron eine kohärente Überlagerung oder einen bestimmten Satz von Quantenelementarzuständen initiieren kann, die die Grundlage für nahezu jede Form der Quantentechnologie bilden.

«Das Elektron kehrt die Rotation des Atoms um, indem es beispielsweise nach links zeigt. Sie können dies als Maß sehen, das den gesamten Quantenspeicher auslöscht. Aus Sicht des Zwei-Atom-Gelenksystems ist der resultierende Zustand jedoch nicht so trivial. Für die beiden Atome zusammen bildet der neue Zustand eine ideale Überlagerung, so dass Informationen zwischen ihnen ausgetauscht werden können„Marcus Terence, Mitautor der Studie, fasst zusammen. Wenn dieses Experiment nur zwei Atome umfasste, möchte das Team eines Tages mit vielen Atomen auf die gleiche Weise „sprechen“.