Uma equipe de pesquisa de Garching e Viena descobriu um notável efeito de eco que oferece novas possibilidades interessantes para trabalhar com informações quânticas.

Partículas pequenas podem ter um momento angular que aponta para uma determinada direção - o spin. Este spin pode ser manipulado por um campo magnético. Este princípio, por exemplo, é a ideia básica por trás da imagem por ressonância magnética usada em hospitais. Uma equipe de pesquisa internacional descobriu agora um efeito surpreendente em um sistema que é particularmente adequado para processar informações quânticas:os spins dos átomos de fósforo em um pedaço de silício, acoplado a um ressonador de micro-ondas. Se esses spins são habilmente excitados com pulsos de microondas, um sinal de eco de spin pode ser detectado após um certo tempo - o sinal de pulso injetado é reemitido como um eco quântico. Surpreendentemente, este eco de rotação não ocorre apenas uma vez, mas toda uma série de ecos pode ser detectada. Isso abre novas possibilidades de como as informações podem ser processadas com sistemas quânticos.

Os experimentos foram realizados no Instituto Walther-Meissner em Garching por pesquisadores da Academia de Ciências e Humanidades da Baviera e da Universidade Técnica de Munique, a explicação teórica foi desenvolvida na TU Wien (Viena). Agora o trabalho conjunto foi publicado na revista Cartas de revisão física .

O eco dos spins quânticos

"Spin echoes são conhecidos há muito tempo, isso não é nada incomum, "diz o Prof. Stefan Rotter da TU Wien (Viena). Primeiro, um campo magnético é usado para garantir que os spins de muitos átomos apontem na mesma direção magnética. Em seguida, os átomos são irradiados com um pulso eletromagnético, e de repente seus giros começam a mudar de direção.

Contudo, os átomos estão embutidos em ambientes ligeiramente diferentes. Portanto, é possível que forças ligeiramente diferentes atuem em seus spins. "Como resultado, o spin não muda na mesma velocidade para todos os átomos, "explica o Dr. Hans Hübl da Academia Bavária de Ciências e Humanidades." Algumas partículas mudam sua direção de rotação mais rápido do que outras, e logo você tem uma confusão selvagem de spins com orientações completamente diferentes. "

Mas é possível retroceder esse caos aparente - com a ajuda de outro pulso eletromagnético. Um pulso adequado pode reverter a rotação de giro anterior de modo que todos os giros voltem a se reunir. "Você pode imaginar que é um pouco como correr uma maratona, "diz Stefan Rotter." No sinal de partida, todos os corredores ainda estão juntos. Como alguns corredores são mais rápidos do que outros, o campo de corredores é cada vez mais afastado ao longo do tempo. Contudo, se todos os corredores recebessem o sinal para voltar à largada, todos os corredores voltariam à largada mais ou menos ao mesmo tempo, embora corredores mais rápidos tenham que cobrir uma distância maior de volta do que os mais lentos. "

No caso de giros, isso significa que, em um determinado ponto no tempo, todas as partículas têm exatamente a mesma direção de spin novamente - e isso é chamado de eco de spin. "Com base em nossa experiência neste campo, já esperávamos ser capazes de medir um eco de spin em nossos experimentos, "diz Hans Hübl." O notável é que não fomos capazes de medir apenas um único eco, mas uma série de vários ecos. "

O giro que se influencia

Inicialmente, não estava claro como esse novo efeito ocorre. Mas agora uma análise teórica detalhada tornou possível compreender o fenômeno:é devido ao forte acoplamento entre os dois componentes do experimento - os spins e os fótons em um ressonador de microondas, um circuito elétrico no qual as microondas só podem existir em determinados comprimentos de onda. "Este acoplamento é a essência do nosso experimento:você pode armazenar informações nos spins, e com a ajuda dos fótons de micro-ondas no ressonador, você pode modificá-lo ou lê-lo, "diz Hans Hübl.

O forte acoplamento entre os spins atômicos e o ressonador de microondas também é responsável pelos ecos múltiplos:Se os spins dos átomos apontam todos na mesma direção no primeiro eco, isso produz um sinal eletromagnético. "Graças ao acoplamento ao ressonador de microondas, este sinal atua de volta nos spins, e isso leva a outro eco - e assim por diante, "explica Stefan Rotter." Os giros causam o pulso eletromagnético, que é responsável pelo próximo eco. "

A física do eco de spin tem grande significado para aplicações técnicas - é um princípio básico importante por trás da imagem por ressonância magnética. As novas possibilidades oferecidas pelo eco múltiplo, como o processamento de informações quânticas, agora será examinado com mais detalhes. "Com certeza, ecos múltiplos em conjuntos de spin fortemente acoplados aos fótons de um ressonador são uma ferramenta nova e estimulante. Não encontrará apenas aplicações úteis na tecnologia da informação quântica, mas também em métodos de espectroscopia baseados em spin, "diz Rudolf Gross, co-autor e diretor do Walther-Meissner-Institute.