Před téměř 60 lety předpovídal fyzik Nobelovy ceny Nikolaas Bloombergen nový fenomén zvaný jaderná elektrická rezonance. Nikdo to však nebyl schopen předvést v akci – až dosud.
Skutečné důkazy o jaderné elektrické rezonanci byly náhodně objeveny v laboratoři na University of New South Wales (UNSW) v Austrálii, a to díky vadnému vybavení. Průlom dává vědcům novou úroveň kontroly nad jádry a mohl by dramaticky urychlit vývoj kvantových počítačů.
Ústředním bodem tohoto jevu je myšlenka řízení rotace jednotlivých atomů spíše elektrickými než magnetickými poli. To znamená přesnější ovládání jader, které může ovlivnit různé oblasti vědy.
“Tento objev znamená, že nyní máme schopnost stavět kvantové počítače pomocí monatomických rotací, aniž by bylo nutné pracovat s jakýmkoli vibračním magnetickým polem,” říká kvantová fyzika Andrea Morello z UNSW.
“Kromě toho můžeme tato jádra použít jako mimořádně přesné senzory pro elektrická a magnetická pole nebo k zodpovězení základních otázek v kvantové vědě.”
V některých situacích může nukleární elektrická rezonance nahradit nukleární magnetickou rezonanci, která se dnes široce používá k různým účelům: ke skenování lidských těl, chemických prvků, skalních útvarů a dalších.
Problém magnetického pole spočívá v tom, že vyžaduje vysoké proudy, velké cívky a značný prostor.
Pokud chcete monitorovat jednotlivá atomová jádra – třeba pro kvantové výpočty nebo velmi malé senzory -, pak nukleární magnetická rezonance není moc dobrým nástrojem pro práci.
“Provádění magnetické rezonance je jako pokus přesunout konkrétní míč na kulečníkový stůl zvednutím a protřepáním celého stolu,” říká Morello. “Pohybujeme cílovým míčem, ale také pohybujeme všemi ostatními.”
„Přestávka v elektrické rezonanci je jako dát skutečnou kulečníkovou hůl, abyste trefili míč přesně tam, kam chcete.“
V průběhu experimentu s nukleární magnetickou rezonancí vědci UNSW vyřešili problém, který představoval Bloombergen v roce 1961, a vše souviselo s rozbitou anténou. Po několika neočekávaných výsledcích si vědci uvědomili, že jejich zařízení nefunguje správně – a prokázali jadernou elektrickou rezonanci.
S následnými počítačovými simulacemi byl tým schopen ukázat, že elektrická pole mohou ovlivnit jádro na základní úrovni, narušit atomové vazby kolem jádra a způsobit jeho přeorientování.
Nyní, když vědci vědí, jak může jaderná elektrická rezonance fungovat, mohou prozkoumat nové způsoby jejího použití. Navíc to můžeme přidat do rostoucího seznamu významných vědeckých objevů, k nimž došlo náhodou.
“Tento pozoruhodný výsledek otevře pokladnici objevů,” říká Morello. „Systém, který jsme vytvořili, je dostatečně složitý na to, aby bylo možné studovat, jak klasický svět, který každý den zažíváme, vychází z kvantové říše.“
„Navíc můžeme pomocí jeho kvantové složitosti vytvořit senzory pro elektromagnetická pole s výrazně vylepšenou citlivostí. A to vše v jednoduchém elektronickém zařízení vyrobeném z křemíku s malým napětím přiváděným na kovovou elektrodu. “
Studie byla publikována v časopise Nature.
Zdroje: Foto: UNSW / Tony Melov
