Ученые придумали, как управлять электронным спином

Сотрудничество экспериментаторов из Института нанонауки Кавли в Технологическом университете Делфта и теоретиков из лаборатории Эймса Министерства энергетики США позволило совершить прорыв в области контроля одиночного квантового спина.

Поиском способов управления материей на уровне отдельных атомов и электронов занято множество ученых и инженеров, поскольку способность манипулировать одним зарядом и магнитным моментом (спином) позволит проникнуть в тайны квантовой механики и современной физики твердого тела. Также это даст начало производству высокочувствительных магнитометров с нанометровым разрешением, односпиновых транзисторов для когерентной спинтроники и твердотельных устройств для квантовой обработки информации.

Исследователи разработали и внедрили специальный вид квантового контроля над одиночным квантовым магнитным моментом (спином) примесей атомного размера в алмазе. Это азотозамещенная вакансия (NV), которая привлекает большое внимание в связи с ее необычными магнитными и оптическими свойствами. Однако ее хрупкие квантовые состояния легко разрушаются даже от незначительного взаимодействия с внешним миром.

Используя специально разработанные последовательности высокоточных электромагнитных импульсов, ученые смогли защитить произвольное квантовое состояние одного спина и заставили его развиваться так, как будто он полностью отделен от внешнего мира. Таким образом, ученые добились 25-кратного увеличения продолжительности жизни квантового состояния при комнатной температуре.

"Неконтролируемое взаимодействие спинов с окружающей средой было главным препятствием для реализации квантовых технологий, - объясняет важность открытия доцент Рональд Хэнсон (Ronald Hanson) из Университета Делфта. - Наша работа демонстрирует, что это препятствие можно преодолеть с помощью продвинутых методов управления спином".

В течение длительного периода управление одним спином в твердом состоянии при комнатной температуре было привлекательной, но далекой целью. Теперь же это реальная технология, которая может совершить настоящую революцию в науке и технике.