Pesquisadores do Center for Quantum Nanoscience (QNS) do Institute for Basic Science (IBS) alcançaram um grande avanço na proteção das propriedades quânticas de átomos individuais em uma superfície. Os cientistas usaram o magnetismo de átomos individuais, conhecido como spin, como um bloco de construção básico para o processamento de informações quânticas. Os pesquisadores puderam mostrar que, ao empacotar dois átomos próximos, eles poderiam proteger suas propriedades quânticas frágeis muito melhor do que apenas um átomo.

O spin é um objeto fundamental da mecânica quântica e governa as propriedades magnéticas dos materiais. Em uma foto clássica, o giro muitas vezes pode ser considerado como a agulha de uma bússola. Os pólos norte ou sul da agulha, por exemplo, pode representar a rotação para cima ou para baixo. Contudo, de acordo com as leis da mecânica quântica, o giro também pode apontar em ambas as direções ao mesmo tempo. Este estado de superposição é muito frágil, pois a interação do spin com o ambiente local causa o defasamento da superposição. Compreender o mecanismo de defasagem e aumentar a coerência quântica é um dos ingredientes-chave para o processamento de informações quânticas baseado em spin.

Neste estudo, publicado no jornal Avanços da Ciência em 9 de novembro, 2018, Os cientistas do QNS tentaram suprimir a decoerência de átomos individuais montando-os bem próximos. Os giros, para o qual eles usaram átomos de titânio simples, foram estudados usando uma ponta de metal afiada de um microscópio de tunelamento de varredura e os estados de spin dos átomos foram detectados usando ressonância de spin eletrônico. Os pesquisadores descobriram que, trazendo os átomos muito próximos (1 milhão de vezes mais próximos do que um milímetro), eles poderiam proteger os estados de superposição desses dois átomos magneticamente acoplados 20 vezes mais em comparação com um átomo individual.

"Como uma falange, os dois átomos foram capazes de proteger um ao outro de influências externas melhor do que por conta própria, "disse o Dr. Yujeong Bae, pesquisadora da QNS e primeira autora do estudo. "Dessa forma, os estados quânticos emaranhados que criamos não foram afetados por perturbações ambientais, como o ruído do campo magnético. "

"Este é um desenvolvimento significativo que mostra como podemos projetar e sentir os estados dos átomos. Isso nos permite explorar a possibilidade de serem usados ​​como bits quânticos para o futuro processamento de informações quânticas, "disse o Prof. Andreas Heinrich, diretor da QNS. Em experiências futuras, os pesquisadores planejam construir estruturas ainda mais sofisticadas para explorar e melhorar as propriedades quânticas de átomos individuais e nanoestruturas.