Physik

Ingenieure entdecken zufällig ein 58 Jahre altes Quantengeheimnis

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Ein künstlerischer Eindruck davon, wie eine Elektrode im Nanometerbereich verwendet wird, um den Quantenzustand eines einzelnen Kerns in einem Siliziumchip lokal zu steuern. Tony Melov / UNSW

Einige wissenschaftliche Durchbrüche ereignen sich rein zufällig. Genau das geschah mit Ingenieuren der Universität von New South Wales Sydney (UNSW) in Australien, als sie ein Quantengeheimnis aus dem Jahr 1961 aufdeckten.

Ihr Durchbruch könnte einen potenziell enormen Einfluss auf die Entwicklung von Quantencomputern und Sensoren haben. Ihre Entdeckung erschüttert das Paradigma der Kernspinresonanz - etwas, das in den Disziplinen Medizin, Bergbau und Chemie weit verbreitet ist.

Ihre Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Natur Am Mittwoch.

Die Theorie wurde erstmals 1961 vorgeschlagen und war bis jetzt nicht wiederbelebt worden

Das 58 Jahre alte technische Puzzle ist endlich fertig. Dank des Forscherteams der UNSW ist es nun möglich und verständlich, den Kern eines einzelnen Atoms mithilfe elektrischer Felder zu steuern.

"Diese Entdeckung bedeutet, dass wir jetzt einen Weg haben, Quantencomputer mit Einzelatomspins zu bauen, ohne dass für ihren Betrieb ein oszillierendes Magnetfeld erforderlich ist", sagte Andrea Morello, Scientia-Professorin für Quantentechnik am UNSW.

Ihre Entdeckung hat weitreichende Konsequenzen. Die Steuerung eines einzelnen Atoms in einem nanoelektronischen Gerät ist jetzt viel einfacher als je zuvor und hat erhebliche Auswirkungen auf bestimmte Bereiche.

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"Die Kernspinresonanz ist eine der am weitesten verbreiteten Techniken in der modernen Physik, Chemie und sogar in der Medizin oder im Bergbau", erklärte Morello. "Ärzte verwenden es, um den Körper eines Patienten detailliert zu sehen, während Bergbauunternehmen damit Gesteinsproben analysieren. Dies alles funktioniert sehr gut, aber für bestimmte Anwendungen kann die Notwendigkeit, Magnetfelder zur Steuerung und Erkennung der Kerne zu verwenden, ein Nachteil sein . "

Noch aufregender ist, dass Professor Morello und sein Team zufällig auf ihre Entdeckung gestoßen sind.

Er sagte: "Wir haben diesen Effekt durch einen völligen Zufall 'wiederentdeckt' - es wäre mir nie in den Sinn gekommen, danach zu suchen. Das gesamte Gebiet der nuklearen elektrischen Resonanz ist nach den ersten Versuchen, ihn zu demonstrieren, seit mehr als einem halben Jahrhundert fast ruhend erwies sich als zu herausfordernd. "

Das erste Mal, dass die Kontrolle von Kernspins mit Magnetfeldern erwähnt wurde, war 1961 der Pionier des Nobelpreisträgers Nicolaas Bloembergen.

Morello ging detailliert darauf ein, wie sich ihre Entdeckung auf die Zukunft auswirken wird: "Dieses wegweisende Ergebnis wird einen Schatz an Entdeckungen und Anwendungen eröffnen. Das von uns geschaffene System ist komplex genug, um zu untersuchen, wie die klassische Welt, die wir jeden Tag erleben, aus dem Quantenbereich hervorgeht . "

Er fuhr fort: "Darüber hinaus können wir seine Quantenkomplexität nutzen, um Sensoren für elektromagnetische Felder mit erheblich verbesserter Empfindlichkeit zu bauen. Und das alles in einem einfachen elektronischen Gerät aus Silizium, das mit kleinen Spannungen an einer Metallelektrode gesteuert wird."


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