Израильские физики продемонстрировали сильную спин-обменную связь между ядрами калия и гелия-3, находящимися в атомной газовой смеси. Создав нужные условия с помощью магнитного поля, они увидели гибридизацию спиновых состояний, выраженную через осцилляцию спиновой поляризации со временем в обоих газах.

Исследование опубликовано в Nature Physics.

Среди множества физических реализаций кубитов ядерные спины благородных газов выделяются благодаря большому времени жизни состояний и когерентности их суперпозиции: дни и часы соответственно. Причиной такой стабильности следует искать в эффективном экранировании ядер инертными электронными оболочками, а также устойчивости самого ядра. Это делает ядра отдельных изотопов, например, гелия-3, очень хорошими детекторами магнитного поля, но физики также пророчат им роль эффективных переносчиков квантовой информации и даже квантовой запутанности.

Платой за такую изоляцию, однако, стала невозможность манипуляции и контроля спиновыми состояниями с помощью оптических методов, что усложняет адресное воздействие на атомы. Но таких проблем лишены ядерные спины щелочных атомов. Это натолкнуло физиков на идею использовать щелочные атомы в качестве промежуточного агента благодаря их спин-обменному взаимодействию с атомами инертных газов.

Разные группы ученых уже смогли убедиться, что такое смешение действительно может повлиять на времена когерентности и ЯМР-сигнал благородных газов, и даже двунаправленно связать их спины со светом. Однако для практических приложений важно вывести эту связь в сильный режим, чего ранее никому не удавалось сделать.

Рой Шахам (Roy Shaham) с коллегами из Института Вейцмана сообщили о том, что им удалось достичь режима сильной связи между ядерными спинами щелочных атомов и атомов инертных газов.