דיכוי דקוהרנציית ספין באדי מתכות אלקליות מאריך את זמן הקוהרנטיות ומשפר את ביצועי החיישנים הקוונטיים
מחקר חדש מראה כי ספינים של אלקטרונים—תכונות מגנטיות זעירות של אטומים שיכולות לאחסן מידע—יכולים להיות מוגנים מדקוהרנציה (איבוד מצבם הקוונטי) ביעילות רבה יותר מכפי שחשבו בעבר, פשוט על ידי הפעלת שדות מגנטיים חלשים. בדרך כלל, ספינים אלה מאבדים במהירות את הקוהרנטיות שלהם כאשר הם מתקשרים עם חלקיקים אחרים או סופגים סוגים מסוימים של אור, מה שמגביל את השימושיות שלהם בטכנולוגיות כמו חיישנים קוונטיים או שעונים אטומיים. אך החוקרים גילו שאפילו אינטראקציות שמרפות או משבשות ישירות את הספין יכולות להיות מדוכאות משמעותית באמצעות שדות מגנטיים חלשים. ממצא זה מרחיב את הבנתנו לגבי אופן השליטה במערכות קוונטיות ופותח אפשרויות חדשות לפיתוח התקנים קוונטיים יציבים ומדויקים יותר.
מחקר חדש מחוקרים באוניברסיטה העברית בירושלים ובאוניברסיטת קורנל חושף שיטה חדשה ועוצמתית לדיכוי משמעותי של דקוהרנציית ספין בגזים של מתכות אלקליות, עם פוטנציאל למהפכה בטכנולוגיות חישה ומידע קוונטי. הממצאים, שפורסמו ב-Physical Review Letters, מדגימים הפחתה בסדר גודל בקצבי רלקסציית ספין בשדות מגנטיים נמוכים.
המחקר הובל על ידי מרק דיקופולצב ואברהם ברבי, בהנחיית פרופ' אוריאל לוי מהמכון לפיזיקה יישומית והמרכז לננו-מדע באוניברסיטה העברית ופרופ' אור כץ מאוניברסיטת קורנל.
דקוהרנציית ספין, התהליך שבו מידע ספין קוונטי אובד בגלל אינטראקציות סביבתיות, היא מכשול מרכזי בפיתוח טכנולוגיות קוונטיות. מחקר זה בחן ספציפית את הדקוהרנציה של ספיני צסיום חמים, המושפעים בעיקר מאינטראקציות ספין-סיבוב במהלך התנגשויות עם מולקולות חנקן ודרך ספיגה של אור קרוב לתהודה.
הצוות הדגים כי ניתן לדכא דרמטית את אפקטי הדקוהרנציה האלה על ידי הפעלת שדות מגנטיים נמוכים—להשיג הפחתה בסדר גודל בקצבי רלקסציית ספין. דיכוי זה חורג מעבר למשטרים ידועים בעבר כמו SERF (spin-exchange relaxation-free), ומראה ששדות מגנטיים יכולים גם לשלוט במנגנונים המרפים ספיני אלקטרונים, ולא רק לשמר אותם.
"התוצאות שלנו מראות ששדות מגנטיים נמוכים אינם רק שימושיים להימנעות מדקוהרנציה מאינטראקציות אקראיות משמרות ספין," אמר דיקופולצב. "הם יכולים לדכא באופן פעיל תהליכי רלקסציה מזיקים יותר, ולתת לנו כלי רב עוצמה לשימור קוהרנטיות ספין."
תגלית זו משפרת את ההבנה היסודית של דינמיקת ספין ומספקת אסטרטגיות חדשות לשליטה במצבים קוונטיים באדי אטומים חמים. היא מניחה את היסודות להתקדמויות עתידיות בשעונים אטומיים, זיכרון קוונטי, מגנטומטריה, וטכנולוגיות אחרות שבהן זמני קוהרנטיות ספין ארוכים הם קריטיים.
עוד בנושא באתר הידען:
