Kvanttispinit siirtävät senttimetrin kokoista kohdetta

Nykyaikaiset teknologiset läpimurrot, kuten laserit, magneettikuvauslaitteet, puolijohteet ja kvanttitietokoneet, perustuvat kvanttimekaniikan tutkimukseen. Ala on kuitenkin keskittynyt pääasiassa (sub)atomisiin ilmiöihin, jotka ovat kaukana ihmisen aisteista.

Kvantti-ilmiöiden osoittaminen kappaleissa, jotka ovat riittävän massiivisia, jotta painovoima voisi vaikuttaa niihin merkityksellisesti, on osoittautunut vaikeaksi, koska suuria kappaleita on huomattavasti vaikeampi eristää ympäristötekijöistä, kuten lämmöstä ja tärinästä, kuin nanoskooppisia hiukkasia.

Mutta nyt Okinawan tiede- ja teknologiainstituutin (OIST) tutkijat ovat onnistuneesti siirtäneet levitoivaa, senttimetrin levyistä timanttia käyttämällä pelkästään elektronien spinin synnyttämää voimaa. Tämä on ensimmäinen kerta, kun kvanttivaikutus on havaittu suoraan manipuloivan painovoiman vaikutuksen alaista kohdetta.

Science Advances -lehdessä julkaistut löydökset asettavat uuden lähtökohdan klassisen ja kvanttifysiikan välisen rajan tutkimiselle, ennakoiden jännittäviä tutkimusretkiä maailmankaikkeutemme perusluonteeseen sekä uuden luokan erittäin tarkkoja antureita pimeän aineen, gravitaatioaaltojen ja muiden eksoottisten ilmiöiden havaitsemiseksi.

OIST:n kvanttikoneyksikön professori Jason Twamley selittää: ”On tehty paljon yrityksiä testata, päteekö kvanttimekaniikka muutamaa kymmentä nanometriä suuremmille kappaleille, mutta toistaiseksi tuloksetta. Nyt olemme havainneet klassisen mekaanisen vasteen kvanttivoimaan kappaleessa, joka on kahdeksasta yhdeksään kertaluokkaa massiivisempi kuin nykyiset spinmekaaniset kokeet.”

”Testataksemme gravitaation kvanttiluonnetta meidän on lopulta asetettava riittävän suurimassaisia kappaleita kvanttisuperpositioon. Ja nämä kappaleet on levitoitava tyhjiössä ympäristökohinan vaikutuksen minimoimiseksi”, selittää yksikön ensimmäinen kirjoittaja, tohtoriopiskelija Anshuman Nayak. ”Tyypillinen lähestymistapa on ollut aloittaa erittäin pienistä, leijuvista kappaleista ja lisätä niiden massaa vähitellen, kunnes painovoiman vaikutukset tulevat merkityksellisiksi.

"NV-timantit ovat hyvin tunnettuja ja helposti hallittavia. Tämä ja se tosiasia, että NV-keskuksilla on pisimpiä tunnettuja koherenssiaikoja, joiden ansiosta ne pystyvät ylläpitämään kvanttisuperpositiota huoneenlämmössä paljon pidempään kuin muut järjestelmät, tekevät niistä erityisen houkuttelevia liikkeen tai kohteen makroskooppisen superposition luomiseksi tulevassa tutkimuksessa", lisää yksiköstä tohtoriopiskelija, tutkimuksen toinen kirjoittaja Daehee Kim.

Twamley tiivistää: ”Olemme osoittaneet suuren klassisen vasteen pienestä kvanttiefektistä. Kyse ei ole enää siitä, onko tällainen teknologia mahdollista, vaan siitä, miten voimme tarkentaa kokeellisia olosuhteita kvanttisuperposition saavuttamiseksi Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian puitteissa. Ja matkalla kehitämme uuden luokan erittäin tarkkoja antureita. Työnnämme rimaa nanometreistä senttimetreihin. Tarvitsemme vain uuden suuruusluokan, ja voimme vihdoin havaita Schrödingerin kissan tosielämässä.”

Aiheesta aiemmin:

Schrödingerin kissalle perheenlisäystä

Kollektiivista kvanttikäyttäytymistä makroskooppisessa oskillaattorissa