Компас внутри атома ✛
Два электрона сидят в крошечных ячейках из кремния, как птицы в соседних клетках. Они могут крутиться в одну сторону или в разные, и эти два положения называют спинами. Обычно, чтобы переключить электроны, нужен сильный магнит. Но оказалось, что ядра атомов кремния и германия сами создают слабое дрожание, которое действует как неровная дорога. Электроны чувствуют эту неровность и переключаются без всякого внешнего поля.
Чтобы электроны не сбивались слишком быстро, учёные посылали короткие импульсы, которые возвращали их в нужное положение. Это как подталкивать качели каждый раз в нужный момент. С семьюдесятью такими импульсами квантовое состояние жило 74,8 микросекунды вместо 1,17, то есть в шестьдесят раз дольше. За это время можно успеть измерить, насколько сильно связаны электроны и как быстро они теряют свою синхронность.
Этот способ пригодится для квантовых чипов, где рядом стоят полупроводниковые и сверхпроводящие элементы. Внешний магнит там всё портит, а внутреннее дрожание ядер работает всегда. Так случайный шум превратился в полезный инструмент, который показывает, как устроена квантовая система.
Магнитное поле Земли в лаборатории составляет около 58 микротесла, что даёт зеемановское расщепление 1,6 МГц. Этого достаточно, чтобы подавить смешивание с триплетами T±, но сам градиент от ядер в 100 раз слабее.
Идея использовать случайные ядерные спины как встроенный компас перекликается с романом Грега Игана «Карантин», где квантовые состояния управляются через взаимодействие с окружением, а не вопреки ему.