Wyzwanie, jakie postawili przed sobą naukowcy z Uniwersytetu Technologicznego w Delft w Holandii, wymagało sporo pracy. Przez wiele miesięcy badacze bez ustanku badali pojedynczy atom tytanu. Był to atom tytanu-47, a więc izotopu posiadającego jeden neutron mniej niż naturalnie występujący tytan-48. Naukowcy skupili się właśnie na tym izotopie z prostego powodu: dzięki temu, że w jądrze brakuje jednego neutronu, jest ono nieznacznie magnetyczne.
W najnowszym artykule naukowym opublikowanym w periodyku Nature Communications możemy przeczytać, że w wyniku prowadzonych eksperymentów fizykom udało się wywołać kontrolowany ruch samego jądra atomu. W ten sposób badacze dowiedli, iż jądro atomowe może w przyszłości zostać wykorzystane do przechowywania informacji kwantowych i to w sposób odporny na wszelkie zakłócenia zewnętrzne.
Czytaj także: Grawitacja kwantowa coraz bliżej. Nowy eksperyment przybliżył nas do teorii wszystkiego
Magnetyzm jądra atomu Ti-47, czyli po prostu jego spin naukowcy mogą wykorzystać niczym igłę kompasu, która jest w stanie wskazywać różne kierunku. Kierunek takiego spinu można traktować jako informację kwantową, w której można przechowywać dane.
Warto tutaj przypomnieć, że co do zasady jądro atomowe znajduje się w przerażającej pustce, a krążące wokół niego elektrony znajdują się w dużej od niego (i w porównaniu do jego rozmiarów) odległości. Można zatem założyć, że jądro atomu jest odizolowane od swoich elektronów. Tak jest co do zasady, jednak istnieje coś takiego jak hipersubtelna interakcja, w której na spin jądra może wpływać spin jednego z elektronów krążących wokół niego.
Właśnie wykorzystując tę właściwość, naukowcy doprowadzili do wzruszenia jądra atomowego. W tym celu konieczne było użycie niewielkiego impulsu napięcia, który wytrącił spin elektronu z równowagi. W tym momencie udało się zauważyć, że przez ułamek mikrosekundy doszło do wahania zarówno spinu elektronu, jak i spinu jądra atomowego. Można zatem powiedzieć, że manipulując elektronem znajdującym się na najbardziej zewnętrznej powłoce, naukowcy poruszyli jądrem atomowym, co z kolei udało się odczytać za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego.
Czytaj także: Tlen zaskakuje ponownie. Fizycy zaobserwowali jak rozpada się na cztery cząstki
Na tym jednak sukces naukowców się nie kończy. Badacze byli w stanie bowiem wykonał obliczenia, które wprost zdumiewająco precyzyjnie odtworzyły obserwowany ruch jądra atomowego. Można zatem powiedzieć, że informacje kwantowe nie znikają w trakcie interakcji jądra i elektronów. Według naukowców jest to dowód na to, iż spin jądra atomowego jest wprost idealnym miejscem do przechowywania informacji kwantowej, bowiem owa informacja może tam być skutecznie chroniona przed wpływem otoczenia.