نحوه حذف خصوصیات کوانتومی ذرات بنیادی

اخیراً گروهی مشترک از محققان از موسسه نانوسیستم کالیفرنیا
(در دانشگاه کالیفرنیا) و آزمایشگاه آمز (Ames) در دپارتمان
انرژی امریکا، با انجام آزمایشات خاصی، یک گام به حل یکی از
قدیمی ترین مسایل فیزیک بنیادی در زمینه مکانیک کوانتومی،
نزدیک تر شده اند. مسئله مذکور، نحوه حذف خصوصیات کوانتومی یک
ذره‌ی قرار گرفته شده در یک ماده، در اثر برهم کنش با محیط
اطراف، می باشد.

در سطح کوانتومی رفتار ذرات با رفتار کلاسیکِ مواد، متفاوت است
و به عنوان مثال یک الکترون می تواند به طور همزمان در دو نقطه
حضور داشته باشد (به این پدیده «بر هم نهی حالت ها» گفته می
شود).

برای حل مسئله مذکور، محققان باید به نحوه شکل گیری دنیای
کلاسیکِ پیرامون ما از بر هم کنش های بین ذرات بنیادی، پی می
بردند و به این منظور، باید رفتار کوانتومی اسپین یک ذره منفرد
در جفت شدگی با مجموعه ای از اسپین های تصادفی بررسی می شد.
یکی از مشکلاتی که در این راه وجود داشت عدم قابلیت کنترل یک
اسپین منفرد در طبیعت بود. دیوید اوسچالوم پروفسور فیزیک
دانشگاه کالیفرنیا و عضوی از گروه مذکور، در این باره می گوید:
«نتایج تجربی غیر منتظره، ما را گیج کرده بود. همچنین دستیابی
به قابلیت کنترل و آشکارسازی حالت های کوانتومی منفرد در دمای
اتاق، ما را بسیار هیجان زده کرده بود.»

این گروه برای حل این مشکل از بلور های الماس استفاده کرده و
اسپین یک الکترون منفرد را در وابستگی با یک مجموعه قابل تنظیم
از اسپین های مجاور بررسی کردند. مزایای الماس برای این
کاربرد، کنترل نور منحصر به فرد روی یک اسپین منفرد و قابلیت
تنظیم مغناطیسی دینامیکِ سیستم اسپینی می باشد.

گروه مذکور به نتایج شگفت آوری چون ناپدید شدن و پدیدار گشتنِ
نوسان هایی کوانتومی برای اسپین ها در طول زمان، دست یافتند.
برای بررسی بیشتر این پدیده شبیه سازی های نظری نیز به
آزمایشات مستقیم اضافه گردید و نتایج نشان داد که اسپین های
موجود در شبکه الماس، یک مدل تقریباً ایده آل و قابل تنظیم از
اسپین مرکزی می باشند.

اخیراً، در حوزه اطلاعات کوانتومی نیز به مسئله حذف خصوصیات
کوانتومی ذرات بنیادی، توجه شایانی شده است. در این حوزه، امید
می رود که با کنترل و اصلاح حالت های کوانتومی، سرعت محاسبات
به شکل چشمگیری افزایش یابد. برای حفظ اطلاعات کوانتومی باید
فاز های کوانتومی پایسته باشند و شناخت نحوه حذف فاز ها، به
رفع این مشکل کمک شایانی خواهد نمود. همچنین ممکن است نتایج
این بررسی ها برای طراحی ابزار های الکترونیکی کربنی دارای
نانولوله های کربنی و یا گرافن، سودمند باشد.

محققان مذکور نتایج تحقیقات خود را در همایش سالانه انجمن
فیزیک امریکا ارایه کرده اند.