Fizica cuantică, cea care explorează misterele particulelor la scară atomică, a cunoscut un progres spectaculos. Cercetătorii de la Universitatea Tehnologică din Delft, Olanda, au reușit să inițieze o mișcare controlată în interiorul unui atom, o realizare care ar putea transforma modul în care stocăm și manipulăm informația cuantică. Rezultatele au fost prezentate într-un articol publicat în Nature Communications.
Fizica cuantică este o ramură a științei care studiază comportamentul particulelor subatomice, cum ar fi atomii și electronii, la scări extrem de mici. Spre deosebire de legile fizicii clasice, care guvernează obiectele din viața de zi cu zi, regulile fizicii cuantice sunt adesea contraintuitive. Ele descriu modul în care aceste particule se pot comporta în mod imprevizibil și interacționează într-un fel care sfidează înțelegerea noastră obișnuită a realității. Importanța fizicii cuantice constă în aplicațiile sale revoluționare. De exemplu, stă la baza tehnologiilor precum laserele și tranzistorii, care au transformat lumea modernă. Cele mai promițătoare aplicații se referă la tehnologii emergente precum calculul cuantic și sistemele de comunicații cuantice, care ar putea oferi o putere de calcul și niveluri de securitate fără precedent. În ciuda acestor promisiuni, fizica cuantică rămâne complexă. Cercetătorii încearcă încă să înțeleagă cum interacționează particulele la scară atomică. În acest context, cercetătorii din Delft au realizat un progres remarcabil: manipularea controlată a unui atom.
Un atom este unitatea fundamentală a materiei, compus dintr-un nucleu central (format din protoni și neutroni) în jurul căruia orbitează electroni. Mișcarea acestor electroni în straturi definite în jurul nucleului determină proprietățile chimice și fizice ale atomului. În acest studiu, cercetătorii au lucrat cu un atom de titan special, izotopul Ti-47, care are un neutron mai puțin decât titanul obișnuit (Ti-48), ceea ce face ca nucleul să fie ușor magnetic. Această proprietate, numită spin, poate fi asemănată cu o mică busolă internă care poate indica în diferite direcții. Obiectivul cercetătorilor a fost să manipuleze spinul nucleului influențând spinul unui electron extern al atomului. Deoarece spinul nucleului și cel al electronului sunt slab cuplate, ideea a fost să controleze mai întâi electronul pentru a influența nucleul. Folosind un microscop cu efect de tunel, o tehnologie care permite sondarea și manipularea atomilor cu o precizie extremă, au reușit să interacționeze cu electronul extern al atomului Ti-47. Prin aplicarea unor impulsuri de tensiune calibrate cu grijă, au perturbat starea de echilibru a acestui electron, declanșând o reacție în lanț care a permis electronului să transmită influența asupra nucleului.
Această descoperire are implicații profunde pentru cercetarea în fizica cuantică. În primul rând, demonstrează că este posibil să controlăm și să citim informații cuantice la o scară extrem de mică, folosind spinul nucleelor atomice. Nucleul este mai puțin afectat de perturbațiile externe decât electronii, ceea ce îl face un candidat ideal pentru stocarea informațiilor cuantice mai stabile. Aplicațiile potențiale sunt vaste. Această avansare ar putea conduce la dezvoltarea unor noi tehnologii de calcul cuantic, în care qubiții (unitățile de informație cuantică) ar putea fi stocați în nuclee atomice, oferind o stabilitate mai mare și o capacitate de procesare a informațiilor superioară. De asemenea, această cercetare ar putea influența termodinamica cuantică, un domeniu emergent care studiază legile termodinamicii la scară cuantică.
