Топлината е враг на квантовата неопределеност. Когато подреждат обаче поглъщащи светлината молекули по определен начин, физици в Япония успяват да поддържат критичното, все още неопределено състояние на електронните спинове в продължение на 100 наносекунди при стайна температура.
Иновацията може да окаже голямо влияние върху разработването на квантови технологии, които не разчитат на обемистото и скъпо охлаждащо оборудване, необходимо понастоящем за поддържане на частиците в така наречената "кохерентна" форма.
За разлика от начина, по който описваме предметите в ежедневието си, които имат качества като цвят, положение, скорост и въртене, квантовите описания на обектите включват по-различни и не чак толкова установени неща. Докато характеристиките им не бъдат фиксирани, трябва да се отнасяме към обектите така, сякаш са размазани в широко пространство, въртят се в различни посоки и тепърва им предстои да бъдат измерени по простичък начин.
Правилата, управляващи това множество от възможности, наречени суперпозиции, предоставят на инженерите цяла кутия с математически трикове, с които да си играят. Те могат да се използват като специални видове компютри за пресмятане на числа, в комуникационните мерки за сигурност и дори в свръхчувствителни измервателни и изобразителни устройства.
И все пак всяко взаимодействие със заобикалящата ги среда променя по един или друг начин тази мъглявина от възможности. От една страна, това е полезно. Квантовите компютри разчитат на заплитането на частиците една в друга, за да настроят точно своите суперпозиции, а квантовите сензори - на прецизни взаимодействия между суперпозицията и околната среда, за да измерват заобикалящата ги среда.
Ако повишите температурата, удрящите се и триещите се един в друг атоми, както и ослепителният блясък на електромагнетизма, лесно ще превърнат кохерентната форма на частиците, които потенциално могат да бъдат каквото и да било, в най-обикновена буца електрони.
Това не е огромен проблем, ако разполагате с ресурси за изпомпване на свръхстудени течности през оборудването си, за да намалите шума. Но това, за което всеки квантов физик наистина мечтае, е да намери начин да намали разходите си, като използва своите устройства при температури над нулата.
Подобно постижение вече е правено в специално разработени комплекси от метали, които запазват квантовите състояния във вид на суперпозиция достатъчно дълго, за да бъдат относително полезни.
При този нов пробив изследователите за първи път използват различен вид материал, наречен металоорганична рамка (MOF). В тази структура те вграждат молекули (хромофори), които поглъщат и излъчват светлина с определена дължина на вълната.
"MOF представлява уникална система, която може плътно да натрупва хромофори. Освен това нанопорите вътре в кристала позволяват на хромофора да се върти, но под много ограничен ъгъл", казва Нобухиро Янаи, физик от университета в Кюшу.
Докато това се случва, двойките електрони в тези хромофори със съвпадащ спин се изхвърлят в нова подредба, която работи в суперпозиция. Въпреки че явлението е внимателно изследвано в технологията на слънчевите клетки, то все още не е било използвано за целите на квантовото засичане.
В експеримента, ръководен от Янаи, екип от изследователи използва микровълни, за да изследва електроните в техните трансформирани състояния, за да покаже, че те могат да останат кохерентни в суперпозиция за около 100 милиардни части от секундата при стайна температура - една прилична продължителност, която може да бъде увеличена с някои фини настройки.
"Това може да отвори вратите за молекулярни квантови изчисления при стайна температура", казва Янаи.
Това изследване е публикувано в Science Advances.
Източник: Science Alert
