探讨原子与原子接触的亲密关系提供了对量子计算挑战的洞察力

2019-07-29 09:39:38

一项新的实验已经绘制了两个原子碰撞的过程。这是每次触摸某物时都会发生的事情,但从未在如此细致的细节中观察过。对两个原子会议的详细了解对于量子传感器,量子计算机中使用的量子比特或基于单个原子的高密度计算机存储器的开发至关重要。

美国IBM Almaden研究中心的Kai Yang领导了一个用铁原子探测钛原子的团队。前者坐在表面上,后者固定在电子显微镜的尖端上。

研究人员在“ 物理评论快报 ”杂志上报道了他们如何看待磁相互作用的强度,这是两个原子边缘重叠的衡量标准。从第一次接触到完全碰撞,它增长了10,000。

原子没有硬边。它们的外边界由它们的电子漫游定义,在它们基于概率的轨道内,称为波函数。随着原子彼此相向移动,它们开始通过称为交换相互作用的力相互作用,随着波函数之间的重叠变得更强,这种力相互作用。

“原子足够接近,一个波函数直接与另一个原子的波函数对话,”韩国基础科学研究所的团队成员Andreas Heinrich说。

“交换相互作用负责大多数化学 - 使分子键合的电子相互作用,导致泡利不相容原理,并导致磁相互作用,等等。”

在这个实验中,研究人员将钛原子沉积在两个原子厚的氧化镁层上,作为隔离绝缘体。

他们用两种不同的方法测量了接近铁原子对钛原子能级的磁效应:电子自旋共振,它为更弱的相互作用提供了更详细的测量,以及非弹性电子隧穿光谱,这使得能够测量更紧密的相互作用。宿舍。

两组测量结果落在同一指数曲线上,这让研究人员相信他们正在测量大范围内的一种相互作用。

Heinrich说,对如此广泛的能量进行这种精确测量是原子级量子技术发展的福音。

“我们可以在原子尺度上看到,我们知道原子在哪里,”他解释道。

“我们可以改变位置,因此我们可以构建结构,我们可以测量属性并对量子操作进行连贯控制。”

Heinrich说,一个例子可能是将两个或三个原子并排放置在一个表面上,然后对其中一个施加一个力,观察原子之间的连接是如何变化的。

“我们可以了解一下潜在的机制,”他说。

虽然海因里希对测量结果感到自豪,但他表示结果并不令人意外。

“这是我们所期望的详细测量结果,”他说。

“这就是使量子力学成为一种神奇工具的原因 - 它似乎只适用于你抛出的任何东西,而且恰恰是正确的。这太棒了。