Toplota je neprijatelj kvantne nesigurnosti. Raspoređivanjem molekula koji apsorbuju svetlost na uređen način, fizičari u Japanu su održavali kritično, još uvek neodređeno stanje spinova elektrona tokom 100 nanosekundi blizu sobne temperature.
Inovacija bi mogla imati dubok uticaj na napredak u razvoju kvantne tehnologije koja se ne oslanja na glomaznu i skupu opremu za hlađenje koja je trenutno potrebna za održavanje čestica u takozvanom ‘koherentnom’ obliku.
Za razliku od načina na koji opisujemo objekte u našem svakodnevnom životu, koji imaju kvalitete kao što su boja, položaj, brzina i rotacija, kvantni opisi objekata uključuju nešto manje staloženo. Dok se njihove karakteristike ne učvrste na mestu brzim pogledom, moramo da tretiramo objekte kao da su razmazani po širokom prostoru, okreću se u različitim pravcima, a tek da usvojimo jednostavno merenje.
Pravila koja regulišu ovo mnoštvo mogućnosti, zvanih superpozicije, daju inženjerima čitavu kutiju matematičkih trikova sa kojima se mogu igrati. Oni se mogu koristiti kao specijalne vrste računara za skraćivanje brojeva, ili za korišćenje u bezbednosnim merama za komunikaciju, pa čak i u ultra-osetljivim uređajima za merenje i snimanje.
Ipak, svaka interakcija sa njihovom okolinom menja ovu maglu mogućnosti na neki način. Na jednom nivou, ovo je korisno. Kvantni računari se oslanjaju na preplitanje čestica jedne sa drugom da bi fino podesili svoje superpozicije. Kvantni senzori se oslanjaju na precizne interakcije između superpozicije i okoline da bi izmerili svoje okruženje.
Povećajte temperaturu, udar i mlevenje drhtavih atoma i zaslepljujući sjaj elektromagnetizma lako će pretvoriti koherentno zujanje mogućnosti čestica u beskorisnu grudvu dosadnog starog elektrona.
Ovo nije veliki problem ako imate resurse da pumpate super-hladne tečnosti kroz svoju opremu kako biste smanjili tu buku. Ali ono o čemu svaki kvantni fizičar zaista sanja je način da smanje troškove pokretanjem svojih uređaja na temperaturama koje su znatno iznad nule.
Taj podvig je već postignut u posebno dizajniranim kompleksima napravljenim od metala koji čuvaju kvantna stanja u obliku superpozicije dovoljno dugo da budu relativno korisna.
U ovom novom otkriću, istraživači su po prvi put koristili drugačiju vrstu materijala nazvanog metal-organski okvir (MOF). U ovu strukturu su ugradili molekule zvane hromofori, koji apsorbuju i emituju svetlost na određenim talasnim dužinama.
„MOF u ovom radu je jedinstven sistem koji može gusto akumulirati hromofore. Pored toga, nanopore unutar kristala omogućavaju rotaciju hromofora, ali pod veoma ograničenim uglom“, kaže Nobuhiro Ianai, fizičar sa Univerziteta Kjušu.
Dok to rade, parovi elektrona u ovim hromoforima sa odgovarajućim spinom bivaju izbačeni u novi aranžman koji funkcionišu u superpoziciji. Iako je ovaj fenomen pomno ispitivan u tehnologiji solarnih ćelija, on je još uvek bio razrađen u svrhu kvantnog sensinga.
U eksperimentu koji je vodio Ianai, tim istraživača je koristio mikrotalasne pećnice da ispita elektrone u njihovim transformisanim stanjima kako bi pokazao da mogu ostati koherentni u formi superpozicije oko 100 milijarditi deo sekunde dok su na sobnoj temperaturi – respektabilno trajanje koje bi se moglo proširiti uz malo finog podešavanja.
„Ovo može otvoriti vrata molekularnom kvantnom računarstvu na sobnoj temperaturi zasnovano na višestrukoj kontroli kvantnih kapija i kvantnom sensingu različitih ciljnih jedinjenja“, kaže Ianai.
