Учёные достигли атомарного контроля квантовой интерференции

Электрический контроль энергетической расстройки одиночного спина титана. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-64022-9

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, научная группа продемонстрировала полный электрический контроль квантовой интерференции в индивидуальных атомных спинах на поверхности.

Квантовая интерференция возникает, когда система существует в суперпозиции состояний, а относительные фазы создают конструктивную или деструктивную интерференцию. Примером является интерференция Ландау-Зенера-Штюкельберга-Маджораны (LZSM), которая возникает, когда квантовая двухуровневая система многократно проходит через антипересечение в диаграмме энергетических уровней и претерпевает множественные неадиабатические переходы.

Этот механизм является мощным инструментом для быстрого и надёжного квантового контроля, но остаётся значительной проблемой достижение настраиваемой LZSM-интерференции в атомарной квантовой архитектуре, где несколько спинов могут быть точно собраны и управляемо связаны по требованию.

В данном исследовании, используя специально созданный усовершенствованный микроскоп, известный как электронный спиновый резонанс-сканирующий туннельный микроскоп (ESR-STM), исследователи разработали полностью электрический метод контроля LZSM-квантовой интерференции в индивидуальных и связанных атомных спинах на изолирующих плёнках.

Модулируя атомарно ограниченные взаимодействия «остриё-атом» с помощью сильных электрических полей, они быстро проводили спиновые состояния через антипересечения и наблюдали богатые интерференционные картины, включая многофотонные резонансы и признаки спинового момента передачи.

Многоуровневые LZSM-спектры, измеренные на связанных спинах с настраиваемыми взаимодействиями, показали различные интерференционные картины в зависимости от их многочастичных энергетических ландшафтов.

Эти открытия открывают новые пути для полностью электрического квантового манипулирования в спиновых квантовых процессорах в режиме сильного возбуждения. Это исследование открывает новые возможности для быстрого и устойчивого манипулирования квантовыми состояниями на атомном масштабе.

Исследованием руководили профессор Ян Кай из Института физики Китайской академии наук вместе с профессором Хоакином Фернандесом-Россье из Международной иберийской лаборатории нанотехнологий.

Больше информации: Hao Wang et al, Electrically tunable quantum interference of atomic spins on surfaces, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-64022-9

Источник: Chinese Academy of Sciences