Un duo quantique à deux atomes | EurekAlert! Actualités scientifiques

Les chercheurs du Center for Quantum Nanoscience (QNS) de l'Institute for Basic Science (IBS) ont réalisé une avancée majeure dans la protection des propriétés quantiques d'atomes uniques sur une surface. Les scientifiques ont utilisé le magnétisme d'atomes individuels, appelé spin, comme élément de base du traitement de l'information quantique. Les chercheurs ont pu montrer qu'en regroupant étroitement deux atomes, ils pourraient protéger leurs propriétés quantiques fragiles bien mieux que pour un seul atome.

Le spin est un objet fondamental de la mécanique quantique et régit les propriétés magnétiques des matériaux. Dans une image clbadique, le spin peut souvent être considéré comme une aiguille de boussole. Le pôle nord ou sud de l'aiguille, par exemple, peut représenter une rotation vers le haut ou le bas. Cependant, selon les lois de la mécanique quantique, le spin peut également pointer dans les deux sens en même temps. Cet état de superposition est très fragile car l’interaction de la rotation avec l’environnement local provoque un déphasage de la superposition. Comprendre le mécanisme de déphasage et améliorer la cohérence quantique sont l’un des ingrédients essentiels du traitement de l’information quantique par spin.

Dans cette étude, publiée dans la revue Progrès de la science Le 9 novembre 2018, les scientifiques de QNS ont tenté de supprimer la décohérence d'atomes uniques en les bademblant étroitement. Les spins, pour lesquels ils utilisaient des atomes de titane simples, ont été étudiés en utilisant une pointe en métal tranchante d'un microscope à effet tunnel et les états de spin des atomes ont été détectés par résonance de spin électronique. Les chercheurs ont découvert qu'en rapprochant les atomes (un million de fois moins d'un millimètre), ils pouvaient protéger les états de superposition de ces deux atomes couplés magnétiquement 20 fois plus longtemps qu'un atome individuel. "Comme une phalange, les deux atomes ont réussi à se protéger des influences extérieures, mieux que par eux-mêmes." a déclaré le Dr Yujeong Bae, chercheur à QNS et premier auteur de l'étude. "De cette manière, les états quantiques enchevêtrés que nous avons créés n'étaient pas affectés par des perturbations environnementales telles que le bruit de champ magnétique".

"C’est un développement important qui montre comment nous pouvons concevoir et détecter les états des atomes. Cela nous permet d’explorer leur possibilité d’être utilisés comme bits quantiques pour le traitement futur de l’information quantique", a ajouté le professeur Andreas Heinrich, directeur de QNS. Dans des expériences futures, les chercheurs envisagent de construire des structures encore plus sophistiquées afin d'explorer et d'améliorer les propriétés quantiques d'atomes simples et de nanostructures.

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Le Center for Quantum Nanoscience, installé sur le campus de l’Université Ewha à Séoul, en Corée du Sud, est un centre de recherche novateur qui fusionne les technologies quantique et nanoscientifique pour repousser les limites du savoir humain en recherche fondamentale. Fondé en 2011 par l'Institute for Basic Science de la Corée, le Centre for Quantum Nanoscience étudie le comportement des atomes et des molécules à la surface. explorer le potentiel des plus petites composantes de base que les humains peuvent utiliser pour créer des systèmes quantiques d'ingénierie. Dirigé par le physicien de renommée mondiale, Andreas Heinrich (Un garçon et son atome, IBM, 2013), QNS se consacre à inviter des scientifiques de renom du monde entier à se rendre dans leur installation de pointe pour mener des recherches qui dévoileront les l'univers quantique.