Вдалося продемонструвати квантовий ефект Зенона на прикладі мікроскопічного дефекту в кристалі алмазу

Фізикам з університету Гумбольдта в Берліні вдалося продемонструвати квантовий ефект Зенона на прикладі мікроскопічного дефекту в кристалі алмазу. Експерименти вчених дозволили не тільки продемонструвати давно відомий фізичний ефект в алмазі, але й вказали на можливість позбавити ряд квантових пристроїв від складних і вимагають низьких температур іонних пасток. Подробиці з посиланням на препринт дослідників наводить Nature News.

Дослідники використовували алмаз, у кристалічній решітці якого попередньо створили одиничний NV-дефект. Такі дефекти являють собою заміну двох сусідніх атомів вуглецю на один атом азоту (N) і просто пусте місце (V, від vacancy), причому їх можна розглядати як один квантовий об’єкт з певними характеристиками: зокрема, NV-дефекти, як і звичайні атоми, мають свій набір енергетичних рівнів.

Кожен рівень відрізняється як своєю власною енергією, так і значенням спіну електронів, що знаходяться в цьому стані. Для перекладу частинок з одного рівня на інший можна використовувати кванти світла (якщо вони поглинаються, то енергія збільшується, а якщо електрон випромінює квант, то він переходить в стан з меншою енергією) або мікрохвильове випромінювання (яке в досвіді вчених використовувалося для зміни спина частинки).

Зібрана вченими установка з лазера, кількох спеціальних світлофільтрів і мікрохвильовою антени із золотого дроту дозволила управляти переходами в будь-якому потрібному напрямку. А реєстрація випускаються алмазом квантів дала можливість визначити те, в якому саме стані (на якому рівні) перебував електрон в NV-дефекті.

Експерименти показали, що

якщо вчені спостерігають за тим, на якому енергетичному рівні знаходиться NV-дефект, то переходи з одного рівня на інший відбуваються рідше, ніж повинні відбуватися без стороннього спостереження. Цей ефект носить назву ефекту Зенона: якщо за часткою постійно спостерігають, то вона не може перейти в інший стан.

Назва цьому явищу дала апория Зенона, парадоксальне міркування старогрецького філософа Зенона Элейского (V століття до нашої ери).

Зенон розмірковував над рухом стріли і звернув увагу на те, що в кожний момент часу стріла займає певне положення в просторі. Якщо стріла перебуває в якомусь одному положенні, розмірковував філософ, вона все одно що нерухома і з цього випливає те, що вона не досягне мети. Інший апорией Зенона є знамените міркування про черепасі і Ахіллеса.

Квантовий ефект Зенона був передбачений у 1950-ті роки, а експериментально виявлений в 1989 році.

Квантовий ефект Зенона в алмазних кристалах може, на думку виявили його вчених, мати важливе значення, так як дозволяє запобігти зміна стану квантової системи раніше терміну. Зараз для квантових обчислень фізики намагаються використовувати іони всередині спеціальних пасток, але такі системи дуже громіздкі, дорогі і вимагають спеціального охолодження.

Перехід до кристалами алмазу може дати можливість зберігати квантову інформацію та оперувати нею в більш простих з технічної точки зору умовах.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *