Las partículas pequeñas pueden tener un momento angular que apunte en una determinada dirección: el giro. Este giro puede ser manipulado por un campo magnético. Este principio, por ejemplo, es la idea básica detrás de la resonancia magnética utilizada en los hospitales.Un equipo de investigación internacional ha descubierto ahora un efecto sorprendente en un sistema que es particularmente adecuado para procesar información cuántica: los espines de átomos de fósforo en una pieza de silicio, acoplados a un resonador de microondas. Si estos espines se excitan inteligentemente con pulsos de microondas, unLa llamada señal de eco de espín se puede detectar después de un cierto tiempo: la señal de pulso inyectada se vuelve a emitir como un eco cuántico. Sorprendentemente, este eco de espín no ocurre solo una vez, sino que se puede detectar una serie completa de ecos.abre nuevas posibilidades de cómo se puede procesar la información con sistemas cuánticos.
Los experimentos se llevaron a cabo en el Instituto Walther-Meissner en Garching por investigadores de la Academia de Ciencias y Humanidades de Baviera y la Universidad Técnica de Múnich, la explicación teórica se desarrolló en TU Wien Viena. Ahora el trabajo conjunto hapublicado en la revista Cartas de revisión física .
El eco de los giros cuánticos
"Los ecos de espín se conocen desde hace mucho tiempo, esto no es nada inusual", dice el profesor Stefan Rotter de TU Wien Viena. Primero, se usa un campo magnético para asegurarse de que los espines de muchos átomos apunten en elmisma dirección magnética. Entonces los átomos son irradiados con un pulso electromagnético, y de repente sus espines comienzan a cambiar de dirección.
Sin embargo, los átomos están incrustados en entornos ligeramente diferentes. Por lo tanto, es posible que fuerzas ligeramente diferentes actúen en sus espines. "Como resultado, el espín no cambia a la misma velocidad para todos los átomos", explica el Dr. Hans Hübl.de la Academia Bávara de Ciencias y Humanidades. "Algunas partículas cambian su dirección de giro más rápido que otras, y pronto tienes una mezcla salvaje de giros con orientaciones completamente diferentes".
Pero es posible rebobinar este aparente caos, con la ayuda de otro pulso electromagnético. Un pulso adecuado puede revertir la rotación de giro anterior para que todos los giros vuelvan a juntarse. "Puedes imaginar que es un poco como correr un maratón", dice Stefan Rotter." En la señal de salida, todos los corredores siguen juntos. Como algunos corredores son más rápidos que otros, el campo de corredores se aleja cada vez más con el tiempo. Sin embargo, si todos los corredores recibieran la señalpara volver a la salida, todos los corredores volverían a la salida aproximadamente al mismo tiempo, aunque los corredores más rápidos tienen que cubrir una distancia más larga hacia atrás que los más lentos ".
En el caso de los espines, esto significa que en un determinado momento todas las partículas tienen exactamente la misma dirección de espín nuevamente, y esto se denomina "eco de espín". "Según nuestra experiencia en este campo, ya teníamosesperaba poder medir un eco de espín en nuestros experimentos ", dice Hans Hübl." Lo notable es que no solo pudimos medir un solo eco, sino una serie de varios ecos ".
El giro que se influye a sí mismo
Al principio, no estaba claro cómo se produce este nuevo efecto. Pero un análisis teórico detallado ahora hizo posible comprender el fenómeno: se debe al fuerte acoplamiento entre los dos componentes del experimento: los espines y los fotones.en un resonador de microondas, un circuito eléctrico en el que las microondas solo pueden existir en ciertas longitudes de onda ". Este acoplamiento es la esencia de nuestro experimento: puede almacenar información en los espines y con la ayuda de los fotones de microondas en el resonador puede modificaro léelo ", dice Hans Hübl.
El fuerte acoplamiento entre los espines atómicos y el resonador de microondas también es responsable de los múltiples ecos: si los espines de los átomos apuntan todos en la misma dirección en el primer eco, esto produce una señal electromagnética. "Gracias al acoplamiento ael resonador de microondas, esta señal actúa de nuevo en los espines, y esto conduce a otro eco, y así sucesivamente ", explica Stefan Rotter." Los espines mismos causan el pulso electromagnético, que es responsable del siguiente eco ".
La física del eco de espín tiene una gran importancia para las aplicaciones técnicas; es un principio básico importante detrás de la resonancia magnética. Las nuevas posibilidades que ofrece el eco múltiple, como el procesamiento de información cuántica, ahora se examinarán en más"Sin duda, múltiples ecos en conjuntos de espín acoplados fuertemente a los fotones de un resonador son una nueva y emocionante herramienta. No solo encontrará aplicaciones útiles en la tecnología de la información cuántica, sino también en métodos de espectroscopía basados en espines", dice Rudolf Gross, coautor y director del Instituto Walther-Meissner.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Original escrito por Florian Aigner. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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