Fysica

Ingenieurs ontdekken bij toeval een 58-jaar oud kwantummysterie

Ingenieurs ontdekken bij toeval een 58-jaar oud kwantummysterie

Een artistieke impressie van hoe een elektrode op nanometerschaal wordt gebruikt om de kwantumtoestand van een enkele kern in een siliciumchip lokaal te regelen.Tony Melov / UNSW

Sommige wetenschappelijke doorbraken vinden plaats door puur toeval, en dat is precies wat er gebeurde met ingenieurs van de University of New South Wales Sydney (UNSW) in Australië toen ze een kwantummysterie uit 1961 opende.

Hun doorbraak kan een potentieel enorme impact hebben op de ontwikkeling van kwantumcomputers en sensoren. Hun ontdekking doet het paradigma van nucleaire magnetische resonantie opschudden - iets dat veel wordt gebruikt in de disciplines geneeskunde, mijnbouw en chemie.

Hun studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Natuur op woensdag.

De theorie werd voor het eerst voorgesteld in 1961 en was tot nu toe niet nieuw leven ingeblazen

De 58 jaar oude technische puzzel is eindelijk voltooid. Dankzij het team van onderzoekers van UNSW is het beheersen van de kern van een enkel atoom met behulp van elektrische velden nu mogelijk en begrepen.

"Deze ontdekking betekent dat we nu een pad hebben om kwantumcomputers te bouwen met behulp van spins van één atoom zonder dat er een oscillerend magnetisch veld nodig is voor hun werking", zei Scientia Professor of Quantum Engineering Andrea Morello van UNSW.

Hun ontdekking heeft verstrekkende gevolgen. Het besturen van een enkel atoom dat in een nano-elektronisch apparaat is geplaatst, zal nu veel gemakkelijker zijn dan ooit tevoren en zal een aanzienlijke impact hebben op bepaalde velden.

ZIE OOK: IBM'S 53 QUBIT QUANTUM COMPUTER ZAL BESCHIKBAAR ZIJN IN OKTOBER

"Nucleaire magnetische resonantie is een van de meest wijdverspreide technieken in de moderne fysica, scheikunde en zelfs de geneeskunde of mijnbouw", legt Morello uit. "Artsen gebruiken het om tot in detail in het lichaam van een patiënt te kijken, terwijl mijnbouwbedrijven het gebruiken om gesteentemonsters te analyseren. Dit werkt allemaal buitengewoon goed, maar voor bepaalde toepassingen kan de noodzaak om magnetische velden te gebruiken om de kernen te controleren en te detecteren een nadeel zijn. . "

Wat nog spannender is, is dat professor Morello en zijn team bij toeval op hun ontdekking zijn gevallen.

Hij zei: "We hebben dit effect 'herontdekt' door een volledig ongeluk - het zou nooit bij me zijn opgekomen om ernaar te zoeken. Het hele veld van nucleaire elektrische resonantie is bijna een halve eeuw lang inactief geweest, na de eerste pogingen om het aan te tonen. bleek te uitdagend. "

De eerste keer dat de controle van nucleaire spins met magnetische velden werd genoemd, was in 1961, door de pionierende Nobelprijswinnaar Nicolaas Bloembergen.

Morello ging in detail in op hoe hun ontdekking de toekomst zal beïnvloeden: "Dit baanbrekende resultaat zal een schat aan ontdekkingen en toepassingen openen. Het systeem dat we hebben gemaakt, heeft voldoende complexiteit om te bestuderen hoe de klassieke wereld die we elke dag ervaren uit de kwantumwereld tevoorschijn komt. . "

Hij vervolgde: "Bovendien kunnen we de kwantumcomplexiteit ervan gebruiken om sensoren van elektromagnetische velden te bouwen met een enorm verbeterde gevoeligheid. En dit alles, in een eenvoudig elektronisch apparaat gemaakt van silicium, bestuurd met kleine spanningen die worden aangelegd op een metalen elektrode."


Bekijk de video: Class of 2019: Bio-ingenieurswetenschappen (September 2021).