Electigmaについて

故障したアンテナにより58年間実証できなかった説が正しかったことが実証される。

1961年、物理学者のニコラス・ブロンベルゲンは電界のみを使用して原子核を制御する方法を提案しました。しかしこれまで誰一人としてそれを実証することが出来ませんでした。研究室での偶然の事故はこの方法が正しかったことを証明しました。

シリコンチップ内の単一核の量子状態を局所的に制御するためにナノメートルスケールの電極がどのように使用されるかについてのアーティストの印象。写真:UNSW / Tony Melov

オーストラリアのニューサウスウェールズ大学のアンドレア・モレロ教授率いるエンジニアチームは約60年前に提唱されて以来、誰もが逃げ出した、電界のみを使用して単一の原子核の制御に成功しました。これにより科学者は量子コンピュータの開発を大きく進めることが出来ます。

「この発見は、動作に振動磁場を必要とせずに、単一原子スピンを使用して量子コンピューターを構築する道ができたことを意味します」と、アンドレア・モレロ教授は声明で述べました。「さらに、これらの原子核を電場および磁場の非常に正確なセンサーとして使用したり、量子科学の基本的な質問に答えたりすることができます。」

これまで原子核の制御は核磁気共鳴(磁場を用いた制御)が主流でした。ですが、磁場を非常に狭い空間に限定させるのは困難であり、影響範囲が広い傾向にありました。しかし今回の研究を応用し、電気を用いて制御することが可能ならば、ナノ電子デバイスに配置された個々の原子の制御がはるかに簡単になります。

驚くべきことに研究者はこの古い難問を解き明かそうと実験していたわけではありませんでした。研究者はもともとアンチモンの単一原子に対して核磁気共鳴を行うことを目指していました。

「しかし、実験を開始すると、何かが間違っていることに気付きました。 核は非常に奇妙に振る舞い、特定の周波数で応答することを拒否したが、他の周波数では強い応答を示した」と、この論文の主著者であるビンセント・ムーリック博士は回想しています。

「それはしばらくの間私たちを困惑させ、「エウレカの瞬間」があり、磁気共鳴ではなく電気共鳴を行っていることに気づきました。」

チームは、フィールド強度を最大化するために、非常に細い、したがって壊れやすいワイヤを含むアンテナを必要としていました。 アンテナにあまりにも多くのエネルギーを投入すると、一部のワイヤが切れる可能性があります。

通常、リンのような小さい核ではワイヤが切れると「ゲームオーバー」になり機器を捨てなければなりません。しかしアンチモン核により実験は機能し続けました。損傷したアンテナは磁場ではなく電界を作り出し、核電気共鳴によって核を制御し続けていたと研究者は結論づけました。

電場で核を制御する能力を実証した後、研究者は精巧なコンピューターモデリングを使用して、電場が核のスピンにどのように影響するかを正確に理解しました。

この研究はモレロ教授が実践していたタイプの基礎科学に利益をもたらしますが、量子コンピューティングの長年求められていた目標への一歩でもあります。「この発見は、動作に振動磁場を必要とせずに、単一原子スピンを使用して量子コンピューターを構築する道ができたことを意味します」とMorello 氏は言いました。

この「幸福な事故」はnatureに掲載されました。その多くの潜在的な用途にも関わらずモレロ教授は核磁気共鳴に取って代わるとは考えていません。「MRIマシンで使用しようとすると、患者を感電させます」と彼はiflscienceに語りました。

参照:sciencealert