Cientistas do Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhagen, pela primeira vez, conseguiu produzir, controlar e compreender estados quânticos complexos com base em dois spins de elétrons conectados a um supercondutor. O resultado foi publicado em Nature Communications , e surgiu em uma colaboração entre os cientistas do Instituto Niels Bohr, um cientista do exterior e por último, mas não menos importante, Aluno de dissertação de mestrado.

A tecnologia quântica é baseada na compreensão e controle de estados quânticos em, e. dispositivos nanoeletrônicos com componentes em nanoescala. O controle pode ser por meio de sinais elétricos, como nos componentes de um computador. Os dispositivos são significativamente mais complexos, quando estamos lidando com componentes quânticos em nanoescala, e os cientistas ainda estão examinando e tentando entender os fenômenos que surgem nesta escala minúscula. Neste caso, trata-se dos estados quânticos em dispositivos nanoeletrônicos feitos de nanofios semicondutores e material supercondutor. Isso requer a compreensão de dois fenômenos fundamentais da física moderna, magnetismo e supercondutividade.

Acumular novos conhecimentos é como brincar com blocos de construção

Os cientistas definiram ímãs microscópicos eletricamente ao longo de um nanofio semicondutor. Isso é feito colocando um spin de elétron perto de um supercondutor e, em seguida, observando como ele muda os estados quânticos. Ao colocar dois ímãs microscópicos em vez de um, como já foi feito antes, surgem as possibilidades de observar novos estados quânticos. Desta forma, os cientistas acumulam conhecimento adicionando cada vez mais complexidade aos sistemas. "É um pouco como brincar com blocos de construção. Inicialmente, controlamos o spin de um único elétron, então expandimos para dois, podemos modificar o acoplamento entre eles, sintonizar as propriedades magnéticas, etc. É como construir uma casa com cada tijolo adicional aumentando nosso conhecimento desses estados quânticos. ", diz Kasper Grove-Rasmussen, quem se encarregou da parte experimental da obra.

Teoria quântica de 1960 revitalizada em nano dispositivos

É tudo sobre categorizar os diferentes estados quânticos e suas relações uns com os outros, para obter uma visão geral de como as partes individuais interagem. Durante a década de 1960, a fundamentação teórica para este trabalho foi feita, como três físicos, L. Yu, H. Shiba e A.I. Rusinov publicou três trabalhos teóricos independentes sobre como as impurezas magnéticas na superfície do supercondutor podem causar novos tipos de estados quânticos. Os Estados, agora alcançado experimentalmente pelos cientistas do Instituto Niels Bohr, são nomeados após os físicos:Yu-Shiba-Rusinov afirma. Mas eles são significativamente mais complexos do que os estados de Yu-Shiba-Rusinov com um único giro alcançado anteriormente. Este poderia ser um passo no caminho para estruturas mais complexas que melhorariam nossa compreensão dos componentes potenciais do computador quântico, baseado em materiais semicondutores-supercondutores. Kasper Grove-Rasmussen enfatiza que o que eles estão fazendo agora é pesquisa básica.

Gorm Steffensen, agora um Ph.D. estudante do Instituto Niels Bohr, estava escrevendo sua tese de mestrado no momento do artigo, e tem desempenhado um papel importante para o resultado. Ele estava estudando física teórica e colaborou com seu supervisor, Jens Paaske, em descrever os fenômenos quânticos teoricamente. Portanto, o artigo também demonstra que a colaboração em um resultado científico no Instituto Niels Bohr pode incluir os alunos. A tarefa de Gorm Steffensen era desenvolver um modelo teórico que englobasse todos os fenômenos nos experimentos em colaboração com seu supervisor e o cientista esloveno, Rok Žitko, sobre. Os nanofios do experimento foram desenvolvidos por Ph.D. alunos do grupo de pesquisa do professor Jesper Nygaard. É um modus operandi comum para os cientistas do Instituto Niels Bohr trabalharem juntos, aplicando muitas competências diferentes em todos os níveis científicos, de aluno a professor.