Los investigadores del Centro de Nanociencia Cuántica (QNS) dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) lograron un gran avance en el blindaje de las propiedades cuánticas de átomos individuales en una superficie. Los científicos utilizaron el magnetismo de átomos individuales, conocido como giro, como un bloque de construcción básico para el procesamiento de información cuántica. Los investigadores pudieron demostrar que al empaquetar dos átomos muy juntos podrían proteger sus frágiles propiedades cuánticas mucho mejor que para un solo átomo.

El giro es un objeto mecánico cuántico fundamental y gobierna las propiedades magnéticas de los materiales. En una imagen clásica, el giro a menudo se puede considerar como la aguja de una brújula. Los polos norte o sur de la aguja, por ejemplo, puede representar un giro hacia arriba o hacia abajo. Sin embargo, según las leyes de la mecánica cuántica, el giro también puede apuntar en ambas direcciones al mismo tiempo. Este estado de superposición es muy frágil ya que la interacción del espín con el entorno local provoca el desfase de la superposición. Comprender el mecanismo de desfase y mejorar la coherencia cuántica son uno de los ingredientes clave para el procesamiento de información cuántica basado en espines.

En este estudio, publicado en la revista Avances de la ciencia el 9 de noviembre 2018, Los científicos de QNS intentaron suprimir la decoherencia de átomos individuales ensamblándolos muy juntos. Los giros para lo cual utilizaron átomos de titanio individuales, se estudiaron utilizando una punta de metal afilada de un microscopio de efecto túnel y los estados de espín de los átomos se detectaron mediante resonancia de espín de electrones. Los investigadores encontraron que al acercar los átomos muy juntos (1 millón de veces más cerca que un milímetro), podrían proteger los estados de superposición de estos dos átomos acoplados magnéticamente 20 veces más en comparación con un átomo individual.

"Como una falange, los dos átomos pudieron protegerse mutuamente de las influencias externas mejor que por sí solos, "dijo el Dr. Yujeong Bae, investigador de QNS y primer autor del estudio. "De ese modo, los estados cuánticos entrelazados que creamos no se vieron afectados por alteraciones ambientales como el ruido del campo magnético ".

"Este es un desarrollo significativo que muestra cómo podemos diseñar y sentir los estados de los átomos. Esto nos permite explorar su posibilidad de ser utilizados como bits cuánticos para el futuro procesamiento de información cuántica". "dijo el profesor Andreas Heinrich, director de QNS. En experimentos futuros, los investigadores planean construir estructuras aún más sofisticadas para explorar y mejorar las propiedades cuánticas de átomos individuales y nanoestructuras.