Bilim insanları, bir atomun kuantum durumları arasında gidip gelirken atan manyetik kalbinin nabzını laboratuvar ortamında ölçmeyi başardı. Bu önemli gelişme, kuantum hesaplama alanında yeni kapılar aralayabilir.
Araştırmacılar, taramalı tünelleme mikroskobu kullanarak titanyum-49 atomunun çekirdeği ile senkronize hareket eden elektronları gözlemledi. Bu sayede atom çekirdeğinin manyetik atışının süresini tek başına belirleyebildiler. Bulgular, nükleer spin gevşemesinin doğasına atom ölçeğinde bir bakış sunuyor ve atomik düzeyde monte edilebilen kübit platformlarının geliştirilmesi için önem taşıyor.
Spin, fizikçilerin açısal momentumun kuantum versiyonunu tanımlamak için kullandığı bir terimdir. Mıknatısların davranışının temelini oluşturmakla kalmayıp, aynı zamanda kuantum hesaplamada bilgi birimi olan kübitin de temelini oluşturur. Bir atom çekirdeğinin toplam spini, içerisinde yer alan çok sayıda atom altı parçacığın hareketinden etkilenir. Ancak bu kolektif spin durumunun, çevresel etkilerle bozulmadan önceki özelliklerini bilmek, mühendislere yeni tür bir kübit sunabilir.
Bir nükleer spin durumunu etkilemeden gözlemlemek büyük bir zorluk teşkil eder. Bu sorunu aşmak için araştırmacılar, elektronların atom içindeki davranışını bir vekil olarak kullanma yoluna gittiler. Birkaç yıl önce araştırmacılar, çekirdeğin manyetik dansına doğrudan müdahale etmeden, elektronlar ve çekirdek arasındaki 'hiper-ince etkileşim' olarak bilinen olguyu bir rehber olarak kullanmanın mümkün olduğunu belirlemişti.
Ancak önceki ölçümlerin, nükleer spinin zaman içindeki hareketini yakalamak için yeterince hızlı olmadığı ortaya çıktı. Bu eksikliği gidermek için araştırmacılar, sürekli bir ölçüm yerine, kısa darbelerle ve aralarda boşluk bırakarak atomu ölçen bir sistem geliştirdi. Bu sayede taramalı tünelleme mikroskobu, bilinen bir nükleer spine sahip atomları kısa aralıklarla inceleyebildi.
Deney için, nükleer fiziği araştırmalarında popüler olan ve manyetik olarak aktif özelliklere sahip titanyum-49 izotopu seçildi. Araştırmacılar, geliştirdikleri darbe ölçüm yöntemiyle, atomun gerçek zamanlı değişimini bilgisayar ekranında gözlemlediler. Her bir değişim arasında yaklaşık beş saniyelik bir aralık olduğunu belirlediler. Bu ölçüm, çekirdeğin salınımından daha hızlı gerçekleştirilebiliyordu.
Araştırmacılar, bu değişimin nükleer spinin bir kuantum durumundan diğerine gidip gelmesiyle ilişkili olduğunu gösterdiklerini belirttiler. Atom ölçeğinde nükleer spinleri ölçebilmiş olmaları, bu alandaki yeni deneysel keşiflerin ilk adımı olarak kabul ediliyor.
Bu çığır açan araştırma, Nature Communications dergisinde yayımlandı.
