В кристалле кремния, из которого делают микрочипы, иногда сидит чужой атом — например, магний. Он ведёт себя как маленький магнит с несколькими «положениями стрелки». Если осветить такой кристалл короткой вспышкой, атом на мгновение возбуждается, а потом возвращается в исходное состояние. Но делает он это не сразу, а с задержкой.
Учёные измерили, как меняется прозрачность кристалла после вспышки света. Оказалось, что одно из возбуждённых состояний магния живёт около 20 миллисекунд. Для атома это огромный срок — как если бы подброшенный мяч завис в воздухе на несколько минут. Причина в том, что атому нужно «перевалить» через небольшой энергетический барьер, чтобы вернуться в основное состояние. Этот барьер составляет примерно 13 миллиэлектронвольт — крошечная энергия, но её хватает, чтобы задержать переход.
Такое долгое «замирание» полезно для квантовых технологий. Если атом умеет долго хранить своё состояние, его можно использовать как ячейку памяти в квантовом компьютере. Кремний — основной материал современной электроники, и встроить в него такие долгоживущие примеси — шаг к созданию устройств, которые работают по законам квантовой механики.
Энергия 13 миллиэлектронвольт примерно в сто раз меньше энергии, которую несёт один фотон видимого света. Но именно эта крошечная разница заставляет атом ждать 20 миллисекунд, прежде чем вернуться в основное состояние.
В сериале «Мир Дикого Запада» квантовые состояния использовались для хранения сознания. Долгоживущие состояния примесей в кремнии — реальный шаг к таким технологиям.