Кванттық жүйелерді бақылау олардың күйін өзгертуі мүмкін. Жүйеге біріктірілген бөлшектер саны артқан сайын, нәтижелерді бұрмаламай өлшеу жүргізу қиындай түседі. Физиктер тобы ірі кванттық жүйені бір тәуліктен астам уақыт бойы оған әсер етпей бақылауға мүмкіндік беретін әдіс әзірледі.

Кванттық жүйелердің ерекшеліктері

Кванттық әсерлер қоршаған ортаның тудырған сыртқы шудың әсерінен оңай бұзылады. Мұндай кедергілерді азайту үшін әдетте мұқият оқшауланған шағын бақыланатын жүйелер, мысалы, атом жұптары пайдаланылады — олар салқындатылып, қараңғы әрі тыныш ортаға орналастырылады. Дегенмен, ірі жүйелер практикалық қолдану үшін перспективалырақ, бірақ оларда масштабты шудың салдарынан кванттық қасиеттерді сақтау әлдеқайда қиын.

Бақылаудың жаңа тәсілі

Джонс Хопкинс университетінің зерттеушілері кванттық құбылыстарды зерттеуді айтарлықтай жеңілдететін әдіс ойлап тапты. Олардың жүйесі макроскопиялық спин ансамбльдерін пайдаланып, олардың уақыт бойынша эволюциясын және спиндердің флуктуацияларын тікелей бақылауға мүмкіндік береді. Бұл ретте жүйедегі кванттық әсерлер бұзылмайды. Әдістің сезімталдығы кванттық механика заңдарымен белгіленген іргелі шекке жақын. Зерттеу нәтижелері Nature Physics журналында жарияланды.

Эксперименттік қондырғының сипаттамасы

Қондырғының негізінде асаөткізгіш схема жатыр, оның деректері магнит өрісінің аса сезімтал детекторы — СКВИД арқылы алынады. Қабылдағыш катушка ішіне тефлондағы фтор-19 ядролары мен нейлондағы сутегі ядролары орналастырылып, катушка детекторға қосылған. Бүкіл жүйе температурасы бір Кельвиннен төменге дейін салқындатылды. Мұндай қондырғы сыртқы қоздырусыз магниттік резонанс деректері арқылы спиндер туралы ақпарат алуға мүмкіндік берді.

Жұмыс принципі мен нәтижелері

Жалғыз қозғалыс көзі ретінде асаөткізгіш микросхемадағы табиғи жылулық флуктуациялар пайдаланылды. Магнит өрісі спиндік резонанстың жиілігі схеманың резонанстық жиілігімен сәйкес келетіндей етіп реттелді. Бұл асаөткізгіш схеманың қасиеттері мен, сәйкесінше, спиндердің мінез-құлқын бақылауға мүмкіндік берді.

Өлшенген спин бұрыштарының флуктуациялары теориялық есептеулермен сәйкес келді және спиндер саны мен олардың поляризациясына байланысты масштабталды. Бұл бақылаудың дәл кванттық спин проекциясының шумы екенін, сыртқы кедергілер емес екенін растады. Үздіксіз бақылау 26 сағатқа созылды.

Маңызы мен болашағы

Өлшеу дәлдігі қатты үлгілердегі шамамен бес секстиллион (5×10²¹) спин бар кванттық шекпен салыстыруға болады. Ең аз өлшенген бұрыштық флуктуация тоғыз нанорадианға тең болды, бұл өте жоғары дәлдік саналады.

Әзірленген жүйе магниттік резонанстың инвазивті емес спектроскопиясы үшін қолданылуы мүмкін, бұл материалдарды олардың қасиеттерін өлшеу кезінде өзгертпей зерттеуге мүмкіндік береді. Бұл әсіресе жарылғыш немесе аса сезімтал заттармен жұмыс істегенде маңызды.