Pod wpływem naprężeń materiały mogą wykazywać szeroki zakres różnych właściwości. Dzięki wykorzystaniu fal dźwiękowych naukowcy zaczęli badać podstawowe tego typu zachowania w materiale krystalicznym, który może stanowić podstawę technologii wykorzystujących informacje kwantową. Technologie te obejmują materiały mogące kodować informacje w wielu stanach jednocześnie, pozwalając na bardziej wydajne obliczenia.
Naukowcy wykorzystali promieniowanie rentgenowskie do obserwacji zmian przestrzennych w krysztale z węglika krzemu podczas używania fal dźwiękowych do odkrywania defektów występujących wewnątrz. Ponieważ defekty te są dobrze izolowane w krysztale, mogą one działać jako pojedynczy stan molekularny i jako nośniki informacji kwantowej. Gdy elektrony uwięzione w pobliżu defektów zmieniają się pomiędzy stanami spinowymi, emitują energię w postaci fotonów. W zależności od tego, w jakim stanie znajdują się elektrony, emitują one albo więcej albo mniej fotonów.
Czytaj też: Oto najpotężniejszy komputer kwantowy IBM
W ramach eksperymentu badacze dążyli do oceny zależności pomiędzy energią dźwięku wykorzystywaną do wytworzenia naprężenia a przejściami spinowymi, o których świadczyły emitowane fotony. Podczas gdy defekty kryształu naturalnie świecą, dodatkowe odkształcenia powodują zmianę stanu uziemienia elektronu, co skutkuje spójną manipulacją stanu spinowego, którą można mierzyć optycznie.
Elektrody wykorzystywane do generowania fal dźwiękowych mają około pięciu mikronów szerokości, czyli znacznie więcej niż same defekty. Fala dźwiękowa, naprzemiennie je ciągnąć i popychając, powoduje zmianę w spinach elektronów. Badacze wykorzystali twardą wiązkę promieniowania rentgenowskiego, aby scharakteryzować sieć oraz defekty. Byli w stanie obrazować siatkę wokół defektów w wielu różnych punktach. W efekcie pozwoliło to naukowcom określić bezpośrednią korelację pomiędzy odkształceniem dynamicznym a kwantowym zachowaniem się defektu. W węgliku krzemu związek ten jest dość dobrze rozumiany, ale w innych materiałach technika może ujawnić zaskakujące zależności.
[Źródło: phys.org; grafika: Mark Lopez]
Czytaj też: Kwantowa supremacja Google, czyli rewolucja w obliczeniach
