Mnohé zázraky dnešní techniky, jako jsou lasery, skenery magnetické rezonance, polovodiče nebo kvantové počítače, pocházejí z kvantové mechaniky. Ta se ale přitom tradičně zabývá především jevy na atomární a subatomární úrovni, v měřítku značně vzdáleném naší každodenní zkušenosti. Souvisí to s tím, že bývá velice obtížné zavádět kvantové jevy do světa makroskopických objektů. Čím větší takový objekt je, tím snadněji jeho kvantové chování naruší okolní prostředí.
Obvyklá strategie podobných experimentů zatím spočívala v postupu, kdy vědci začínají s extrémně malými levitujícími objekty a postupně zvětšují jejich velikost a hmotnost, až se projeví gravitace. To se ale ukázalo jako mimořádně obtížné. Tým OIST proto postupoval opačně. Začali s velkým objektem a pokoušeli se do něj dostat kvantové chování.
Jason Twamley z japonského Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) a jeho kolegové nedávno v tomto směru pokořili další významnou hranici. Pomocí síly vznikající výhradně díky spinům elektronů dokázali pohnout levitujícím diamantem o velikosti centimetrů. Jde o známý první případ, kdy byl kvantový efekt přímo pozorován při manipulaci s objektem, na který významně působí gravitace.
Využili přitom diamagnetickou levitaci. Stejný princip může držet nad magnetickou dráhou maglev, ale stejně tak i dělat levitaci centimetrových objektů obsahujících diamant. V takovém systému je účinek gravitace výrazný, zatímco kvantové efekty se obvykle ztrácejí v okolním šumu.
Klíčem bylo spojení několika zařízení, která tým experimentálně předvedl už dříve. Diamagneticky levitovaná grafitová destička opatřená zrcátkem byla spojena uhlíkovou tyčinkou, která procházela magnetickým stíněním, s diamantem zavěšeným nad magnetem.
V diamantu se nacházely miliardy NV (nitrogen-vacancy) center. Jde o defekty v krystalové mřížce diamantu, v nichž může být zachycený nespárovaný elektron. Jeho kvantový spin se přitom chová jako nepatrný a současně ovladatelný kvantový magnet. Když vědci diamant pravidelně osvětlovali zeleným laserem, uvedli tato centra do předem definovaného spinového stavu. Výsledkem byly drobné změny magnetického pole, které diamant zatlačovaly směrem dolů.
##seznam_reklama##
Badatelé předvedli velkou klasickou odezvu na malý kvantový efekt. Už nejde o to, zda je to možné, ale o to, jak zdokonalit experimentální podmínky natolik, aby bylo možné udělat kvantové superpozice v situaci, kdy se uplatňuje Einsteinova obecná relativita. Dočkáme se Schrödingerovy kočky v makrosvětě?
Video: Turning Pure Diamond into a Quantum Sensor: The NV Center
Video: QSI Seminar: Prof Jason Twamley, OIST JPN | MQ AUST, Quantum Machines, 04/08/2020
Literatura