Как поменять спин электрона с помощью звука
Это очень похоже на настройку инструмента, только в качестве струн — спин электрона, в роли камертона — магнитное поле, а «нота» — переход электрона в новое состояние.
Всё так — магнитное поле «настраивает» резонансные частоты спина электрона на частоту акустической волны, а лазер вызывает переходы между основным и возбужденным состоянием цветового центра. Эти оптические переходы играют фундаментальную роль: они позволяют оптически обнаружить состояние спина, регистрируя световые кванты, испускаемые при возвращении электрона в основное состояние.
Однако всё не так просто и в процессе нужно учитывать прецессию спина электрона. Каждый, кто в детстве играл с волчком, уже наблюдал прецессию — изменение ориентации оси вращения при попытке наклонить ее. Спин электрона тоже можно представить как крошечную вертушку, в нашем случае с осью, прецессирующей под воздействием акустической волны, которая меняет ориентацию каждый раз, когда электрон переходит из основного в возбужденное состояние.
Это изменение приводит к тому, что квантовая информация, хранящаяся в электронном спине, теряется после нескольких таких «скачков». Исследователи смогли предотвратить это: при правильной настройке резонансных частот оси прецессии спинов в основном и возбужденном состояниях становятся, как утверждают авторы, коллинеарными: спины сохраняют свою прецессионную ориентацию вдоль четко определенного направления даже при переходе между основным и возбужденным состояниями.
При таком специфическом условии информация, хранящаяся в спине электрона, перестаёт зависеть от «скачков» между основным и возбужденным состояниями, вызываемыми лазером. Это наблюдение открывает новые возможности в мире обработки квантовой информации в устройствах с размерами, сопоставимыми с размерами современных микрочипов, что положительно скажется на стоимости изготовления таких устройств и, следовательно, сделает их доступнее для широкой публики.
Исследование опубликовано в Science Advances.