Des chercheurs du Center for Quantum Nanoscience (QNS) de l'Institute for Basic Science (IBS) ont réalisé une percée majeure en protégeant les propriétés quantiques d'atomes isolés sur une surface. Les scientifiques ont utilisé le magnétisme d'atomes isolés, connu sous le nom de rotation, comme élément de base du traitement de l'information quantique. Les chercheurs ont pu montrer qu'en emballant deux atomes étroitement ensemble, 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 classique, la vrille peut souvent être considérée comme l'aiguille d'une boussole. Les pôles nord ou sud de l'aiguille, par exemple, peut représenter une rotation vers le haut ou vers le bas. Cependant, selon les lois de la mécanique quantique, la rotation peut également pointer dans les deux directions en même temps. Cet état de superposition est très fragile car l'interaction du spin avec l'environnement local provoque un déphasage de la superposition. La compréhension du mécanisme de déphasage et l'amélioration de la cohérence quantique sont l'un des ingrédients clés du traitement de l'information quantique basé sur le spin.

Dans cette étude, publié dans la revue Avancées scientifiques le 9 novembre 2018, Les scientifiques de QNS ont tenté de supprimer la décohérence d'atomes isolés en les assemblant étroitement les uns aux autres. Les tours, pour lesquels ils ont utilisé des atomes de titane simples, ont été étudiés à l'aide d'une pointe métallique pointue d'un microscope à effet tunnel et les états de spin des atomes ont été détectés à l'aide de la résonance de spin électronique. Les chercheurs ont découvert qu'en rapprochant les atomes (1 million de fois plus près qu'un millimètre), ils pourraient 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 pu mieux se protéger des influences extérieures que seuls, " a déclaré le Dr Yujeong Bae, chercheur à QNS et premier auteur de l'étude. "De cette façon, les états quantiques intriqués que nous avons créés n'ont pas été affectés par des perturbations environnementales telles que le bruit des champs magnétiques."

"Il s'agit d'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 futur traitement de l'information quantique, " a déclaré le professeur Andreas Heinrich, directeur de QNS. Dans les expériences futures, les chercheurs prévoient de construire des structures encore plus sophistiquées afin d'explorer et d'améliorer les propriétés quantiques d'atomes uniques et de nanostructures.