Фізики з Національного інституту стандартів і технологій США досягли нового рівня контролю над молекулами, навчившись із високою точністю маніпулювати молекулярним іоном моногідриду кальцію.
Успішність керування становила 99,8%, що є одним із найточніших результатів у дослідженнях квантового контролю над молекулярними системами.
Читайте також:
Аттосекундний прорив. Вчені створили найшвидшу у світі камеру для зйомки електронів Моногідрид кальцію складається з одного атома кальцію та одного атома водню. На відміну від атомів, молекули значно складніші для керування, оскільки можуть перебувати в багатьох квантових станах через обертання та коливання. Саме це довгий час обмежувало їх використання в квантових технологіях.
Для досягнення такого рівня точності команда застосувала метод квантової логічної спектроскопії, спочатку розроблений для надточних іонних годинників. У цьому експерименті молекулярний іон спостерігали за допомогою допоміжного іона кальцію. Обидва іони утримувалися разом у пастці та, маючи однаковий електричний заряд, взаємодіяли між собою.
Оскільки моногідрид кальцію слабко взаємодіє з лазерним світлом,
дослідники охолоджували лазерами іон кальцію. Уповільнення його руху автоматично охолоджувало і молекулу. Холодне середовище дозволило зберігати квантовий стан молекули у десять разів довше, ніж за кімнатної температури.
Після цього лазером змінювали обертальний стан молекули. Саму молекулу безпосередньо «побачити» неможливо, але допоміжний іон кальцію реагував на ці зміни, випромінюючи короткі спалахи світла. Подвійний спалах сигналізував про два квантові переходи між станами молекули.
Експеримент показав, що молекула може залишатися в одному обертальному стані приблизно 18 секунд, перш ніж теплове випромінювання змінить її квантовий стан. За цей час вчені отримують тисячі можливостей для точних вимірювань. Зміни фіксуються практично миттєво — приблизно за 10 мілісекунд.
Щоб виключити випадковість, дослідники багаторазово перевіряли стан іона кальцію. У результаті в 998 випадках із 1000 їм вдалося успішно керувати квантовим станом молекули.
Учені зазначають, що цей метод відкриває шлях до використання широкого спектра молекул у квантових технологіях, дослідженнях фундаментальної фізики за межами Стандартної моделі та, потенційно, до контролю хімічних реакцій на квантовому рівні.
Читайте також:
Суперіонна фаза. У центрі Землі виявили новий стан матерії, що може пояснити її магнітне поле
