Открытие, которого ждали 58 лет, обещает стать прорывом в квантовых вычислениях
Случайное стечение обстоятельств в лаборатории Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) привело к революционному открытию с далекоидущими последствиями для разработки квантовых компьютеров и сверхчувствительных датчиков.
В работе, опубликованной в журнале Nature, команда из Сиднея (Австралия) впервые осуществила на практике то, возможность чего была предсказана более полувека назад, - управление ядром отдельного атома с использованием только электрических полей.
"Теперь у нас есть способ создания квантовых компьютеров на основе одноатомных спинов, работающих без использования какого-либо колебательного магнитного поля", - заявил Андреа Морелло (Andrea Morello), профессор квантовых технологий UNSW.
Генерирование магнитных полей требует больших катушек и сильных токов, кроме того, по своей природе, магнитное поле трудно концентрировать в очень малом объеме. В отличие от них, электрические поля можно достаточно просто создавать на острие миниатюрного электрода. Они также быстро затухают при удалении от зонда, что существенно упрощает задачу контроля индивидуальных атомов в устройствах наноэлектроники.
Первоначально австралийские ученые собирались получить ядерно-магнитный резонанс (ЯМР) на одиночном атоме сурьмы - элемент с большим ядерным спином. Однако, ядро сразу же повело себя крайне странно, отказываясь реагировать на определенные частоты и демонстрируя неожиданно сильный отклик на другие.
"Это озадачило нас на некоторое время, но затем наступил "момент эврика", и мы поняли, что вместо магнитного получили электрический резонанс", - рассказывает доктор Винсент Моурик (Vincent Mourik), главный автор статьи.
Как оказалось, оптимизированная для создания высокочастотного магнитного поля специальная антенна экспериментального устройства просто сгорела. То, что от нее осталось, стало генерировать сильное электрическое поле вместо магнитного.
Окончательно разобраться в полученном эффекте помогло сложное компьютерное моделирование. Оно показало, что ядерный электрический резонанс представляет собой действительно локальное, микроскопическое явление: электрическое поле искажает атомные связи вокруг ядра, изменяя его ориентацию.
Контролировать ядерные спины электрическим полем предложил в 1961 году один из пионеров ЯМР и нобелевский лауреат Николаас Блумберген (Nicolaas Bloembergen). То, что осуществить это удалось на практике, а тем более в простом кремниевом чипе с небольшим рабочим напряжением, профессор Морелло назвал замечательным результатом, который "откроет подлинную сокровищницу открытий и приложений".
