تکنیک قُرال حالات کوانتومی شکننده در ترکیب‌های مغناطیس‑سوپراساز را از دور اندازه‌گیری می‌کند
توسط Christina Krätzig، دانشگاه هامبورگ
ویرایش شده توسط Lisa Lock، بازنگری توسط Robert Egan
این مقاله بر اساس فرآیند و سیاست‌های ویراستاری Science X مورد مرور قرار گرفته است. ویراستاران ویژگی‌های زیر را برای تضمین اعتبار محتوا برجسته کرده‌اند:
- تأیید صحت
- نشر با بازبینی همتا
- منبع معتبر
- بازخوانی
مواد ترکیبی ساخته‌شده از مغناطیس‌ها و سوپراسازها پدیده‌های کوانتومی شگفت‌انگیزی را به وجود می‌آورند که به‌قدری حساس هستند که اندازه‌گیری آنها با کمترین تداخل ضروری است. پژوهشگران دانشگاه هامبورگ و دانشگاه ایلینوی شیکاگو هم‌اکنون، به‌صورت آزمایشی و نظری، نشان دادند که این پدیده‌های کوانتومی چگونه می‌توانند با استفاده از تکنیک‌های خاص و میکروسکوپ تونل‌سنجی در فواصل بزرگ‌تر تشخیص داده و کنترل شوند.
یافته‌های آنها که می‌تواند برای رایانه‌های کوانتومی توپوژنتیکی مهم باشد، در ژورنال Nature Physics منتشر شد.
وقتی اتم مغناطیسی در یک سوپراساز قرار می‌گیرد، ذرات شبه‌ذره‌ای به نام یوشی‑شیبا‑روسینوف (Yu‑Shiba‑Rusinov) ظاهر می‌شوند. به‌طور معمول، آنها تنها می‌توانند با احتمال تشخیص بالا مستقیماً در مکان اتم توسط نوک میکروسکوپ تونل‌سنجی اندازه‌گیری شوند.
تیمی به سرپرستی دکتر جنس ویبه از مؤسسه نانوساختار و فیزیک حالت جامد در دانشگاه هامبورگ و دانشگاه ایلینوی شیکاگو، هم‌اکنون موفق شده‌اند این حالت کوانتومی را در فواصل بیش از بیست برابر اندازه اصلی آن اندازه‌گیری کنند؛ به این ترتیب اختلال ناشی از پروب اندازه‌گیری به‌حداقل می‌رسد.
ساخت و استفاده از قُرال‌های کوانتومی
پژوهشگران اتم مغناطیسی را درون یک قُرال محدود کردند؛ این قُرال با بهره‌گیری از نوک میکروسکوپ تونل‌سنجی و از ۹۱ اتم نقره بر روی سطح یک بلور نقره‌ای سوپراساز ساخته شد. آنها ابعاد این قُرال کوانتومی را به‌دقت تنظیم کردند تا یکی از حالات کوانتومی الکترون‌های نقره درون آن دقیقاً در سطح انرژی فِرمی قرار گیرد.
در قُرالی که در تصویر بالا نمایش داده شده، این یک حالت با چهار نقطهٔ آنتی‌نود بود. پژوهشگران اتم مغناطیسی را بر روی آنتی‌نود سمت چپ‌ترین قرار دادند و توزیع فضایی هدایت تفاضلی را در انرژی ذره شبه‌ذره‌ای یوشی‑شیبا‑روسینوف به‌عنوان معیاری برای چگالی احتمال موضعی آن تعیین کردند.
یافته‌ها و کاربردهای آینده
«به‌طوری شگفت‌انگیز، ذره شبه‌ذره‌ای یوشی‑شیبا‑روسینوف حتی در نقطهٔ «پُر» سمت راست‌ترین حالت قُرال – نقطه‌ای که از اتم مغناطیسی دورترین فاصله را دارد – قابل تشخیص بود، بدون اینکه احتمال وقوع آن به‌وضوح با افزایش فاصله از اتم کاهش یابد»، می‌گوید ویبه، پژوهشگر در خوشه برتری «CUI: Advanced Imaging of Matter».
پژوهشگران همان اثر را در شبیه‌سازی‌های مبتنی بر مدل باند تنگ مشاهده کردند. مقایسه این شبیه‌سازی‌ها با اندازه‌گیری‌ها نشان داد که پدیده مشاهده‌شده یک حالت کوانتومی همبسته فضایی است که شامل جفت‌های کوپر هم در حجم و هم در سطح بلور نقره می‌شود. علاوه بر این، تیم نشان داد که ترکیب کوانتومی این پروجکشن یوشی‑شیبا‑روسینوف — محتوای ذره‌ای و حفره‌ای آن — می‌تواند با تنظیم اندازه و شکل قُرال کوانتومی دستکاری شود.
این تکنیک امکان اندازه‌گیری حالات کوانتومی شکننده ترکیب‌های مغناطیس‑سوپراساز را با استفاده از یک پروب محلی فراهم می‌کند، در حالی که تأثیر مخرب پروب را به حداقل می‌رساند. پژوهشگران قصد دارند این روش را به‌زودی برای شبه‌ذره‌های مایارانا به کار برند، چرا که این شبه‌ذره‌ها پتانسیل بالایی برای توسعه رایانه‌های کوانتومی توپوژنتیکی جدید دارند. علاوه بر این، قُرال‌های کوانتومی می‌توانند برای کنترل تعاملات بین شبه‌ذره‌ها در چند ترکیب مغناطیس‑سوپراساز مورد استفاده قرار گیرند.
اطلاعات بیشتر: Khai That Ton et al، «تشخیص غیرمحلی پروجکشن‌های همدست یوشی‑شیبا‑روسینوف»، Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-03109-y
اطلاعات ژورنال: Nature Physics
ارائه‌شده توسط دانشگاه هامبورگ
منبع: تکنیک قُرال حالات کوانتومی شکننده در ترکیب‌های مغناطیس‑سوپراساز را از دور اندازه‌گیری می‌کند (2025، ۲۶ نوامبر) بازیابی شده ۲۸ نوامبر ۲۰۲۵ از https://phys.org/news/2025-11-corral-technique-fragile-quantum-states.html
این سند مشمول حق تکثیر است. به‌جز موارد استفاده منصفانه برای مطالعه یا پژوهش شخصی، هیچ بخشی از آن بدون اجازه‌نامه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا صرفاً برای مقاصد اطلاع‌رسانی ارائه شده است.