실리콘에 있는 인 원자의 스핀에 마이크로파를 인가하면 일정 시간 후에 스핀 양자 에코 신호를 감지할 수 있다.
기본 입자는 특정 방향을 가리키는 각 모멘트를 가질 수 있습니다. 일종의 “스핀”, 회전 또는 일반적으로 알려진 것처럼 스핀입니다.
그리고 입자의 스핀은 자기장에 의해 조작될 수 있습니다. 이 원리는 병원에서 사용되는 자기공명영상, 스핀트로닉 부품, 양자컴퓨팅에 사용되는 다양한 큐비트의 기본 개념입니다.
이러한 모든 응용 분야에서 가장 큰 어려움 중 하나는 특정 스핀(또는 보다 일반적으로 입자의 양자 상태)이 매우 약해서 최소한의 소음이나 간섭으로 인해 손실된다는 것입니다.
국제 연구팀은 이제 이 노이즈를 처리하고 강력한 방식으로 양자 정보를 처리하는 데 특히 적합한 놀라운 효과를 발견했습니다. 즉, 실리콘 웨이퍼에 삽입된 인 원자의 스핀이 에코를 생성합니다. 그리고 음파 메아리와 마찬가지로 스핀의 메아리는 사라지는 데 오랜 시간이 걸리는 시리즈로 반복됩니다.
소리 반향과의 차이점은 여기에서 일이 비명을 지르는 것이 아니라 에너지의 펄스로 수행된다는 것입니다. 원래의 스핀이 마이크로파 펄스로 강화되면 일정 시간이 지나면 감지할 수 있는 스핀 에코가 생성되고 주입된 펄스의 신호는 양자 에코로 재발행됩니다.
이것은 파티클에 저장된 데이터가 훨씬 더 강력해짐을 의미합니다. 데이터가 손실되더라도 여전히 에코에 찍혀 오류율을 줄이고 시스템 효율성을 개선합니다.
퀀텀 에코란?
양자 에코는 정확히 참신한 것은 아니지만, 양자 에코를 생성하는 에너지 펄스는 다양한 시간에 반응하는 다수의 원자에 도달합니다.
비엔나 대학의 Stefan Weichselbaumer와 그의 동료들이 발견한 것은 또 다른 전자기 펄스의 도움으로 이 명백한 혼돈을 역전시킬 수 있다는 것입니다. 적절한 펄스는 스핀 회전을 역전시켜 모든 사람이 다시 조정하도록 할 수 있습니다.
“마라톤을 달리는 것과 같다고 상상할 수 있습니다.”라고 Stefan Rotter 교수는 설명합니다. “출발 신호에 모든 주자가 여전히 함께 있습니다. 일부 주자가 다른 주자보다 빠르기 때문에 주자의 그룹은 시간이 지남에 따라 점점 더 커집니다. 그러나 모든 주자가 출발점으로 복귀하라는 신호를 받으면 모든 주자가 거의 동시에 출발점으로 돌아올 것입니다. 그러나 빠른 주자는 느린 주자의보다 더 먼 거리를 뒤로 이동해야 합니다.”
양자 반향은 정확히 모든 스핀이 처음에 정렬되었을 때의 반향을 나타냅니다. 팀원인 Hans Hubl은 “놀라운 점은 단일 에코를 측정할 수 없었고 일련의 여러 에코를 측정할 수 있었다는 것입니다.
양자 정보 및 의료 검사
팀은 또한 이 양자 에코가 모든 주자를 마치 마법처럼 출발점으로 돌아갈 수 있는 방법을 확인할 수 있었습니다. 발생하는 것은 스핀과 에너지를 공급하는 데 사용되는 마이크로파 공진기의 광자 사이에 강한 결합입니다. “이 커플링은 우리 실험의 핵심입니다. 스핀에 정보를 저장할 수 있고 공진기의 마이크로파 광자의 도움으로 정보를 수정하거나 읽을 수 있습니다.”라고 Hubl은 설명했습니다.
스핀 에코의 물리학은 기술 응용 분야에서 매우 중요하며 예를 들어 자기 공명 영상 검사를 개선할 수 있습니다. 그러나 팀은 양자 정보 처리와 같은 다중 에코가 제공하는 새로운 가능성에 노력을 집중할 계획입니다. “물론 공진기의 광자와 강하게 결합된 스핀 세트의 여러 에코는 새롭고 흥미로운 도구입니다. 양자 정보 기술뿐만 아니라 스핀 기반 분광법에서도 유용한 응용을 찾을 수 있을 것입니다.”라고 Rudolf Gross 교수가 말했습니다.
