A kutatócsoport tagjai a Stanford Egyetem fizikusaival közösen hoztak létre egy különleges, két mesterséges atom segítségével felépített "molekuláris állapotot". Az eredményeiket összegzõ tanulmány a Nature Physics folyóiratban jelent meg.

"A nanotechnológia fejlõdésével lehetõvé vált, hogy kontrollált módon olyan parányi áramköröket építsünk, amelyeknek tulajdonságai nagyon hasonlóak a körülöttünk lévõ atomok jellemzõihez. Ezek az úgynevezett mesterséges atomok jól használhatók áramköri elemként, mint tranzisztorok, detektorok, erõsítõk, de szupravezetõ mesterséges atomok felhasználásával lehet létrehozni a ma létezõ egyik legrobusztusabb kvantumbitet is, a kvantum-számítógép alapegységét.

Az áramkörök hihetetlen kontrollja lehetõvé teszi azt is, hogy a mesterséges atomokat kvantumszimulátorként használjuk, azaz segítségükkel új, a természetben általában nem létezõ kvantumrendszereket építsünk föl és tanulmányozzunk" – nyilatkozta az mta.hu-nak Zaránd Gergely, az MTA doktora, az MTA-BME Egzotikus Kvantumfázisok Lendület Kutatócsoport vezetõje, a Budapesti Mûszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) Fizikai Intézetének igazgatóhelyettese.

A Nature Physicsben megjelent tanulmány beszámol az e kvantumrendszerek közé tartozó, kutatók által létrehozott mesterséges atomokról és a bennük felfedezett, úgynevezett SU(4) állapotról is, amelynek létét Zaránd Gergely Borda László fizikussal közösen 11 évvel ezelõtt jósolta meg. A Physical Review Lettersben akkor közölt tanulmányukban a fizikusok megmutatták, hogy két közeli, kölcsönható mesterséges atomot elektródákhoz csatolva speciális kvantumállapot alakítható ki, amelynek jellemzõje, hogy a mesterséges atomon „lévõ" elektron egyidejûleg „tartózkodik" a két atomon, ám ugyanakkor „fel is oldódik" a vezetékekben, „összefonódik" a vezetékbeli elektronokkal.

Ezt az állapotot sikerült most másfél éves kutatómunka eredményeként kísérletileg létrehozni és tulajdonságait megfigyelni a Stanford Egyetem David Goldfaber-Gordon vezette kutatócsoportjával való együttmûködésben Zaránd Gergelynek és Lendület-csoportbeli munkatársának, Pascu Moca Catalinnak. A kísérletek tervezésénél és az eredmények értelmezésénél kulcsszerepet játszott a Lendület-kutatócsoport által végzett elméleti modellezés, amelyet a kutatók egy, a BME-n fejlesztett kód segítségével végeztek Ireneusz Weymannal, a Poznañi Egyetem fiatal professzorával együttmûködve.

Az SU(4) molekuláris állapot elnevezését magyarázva a fizikus elmondta, hogy a 4-es szám a rendszerben lévõ elektron négy szabadságfokára utal, amelyek a kvantumfluktuációk hatására keverednek: "Az elektron hol az egyik, hol a másik mesterséges atomon »tartózkodik«, ugyanakkor rendelkezik egy, az elektron mágneses tulajdonságát leíró spinnel is, amely hol felfelé, hol lefelé mutat. Ily módon az elektron négyféle helyzetben lehet, az SU pedig a kvantumrendszer szimmetriaállapotára utal."

"Ez az elsõ, két mesterséges atomból álló rendszerben létrehozott egzotikus kvantumállapot" – emelte ki Zaránd Gergely. Mint kifejtette, ezeket az igen összetett, kisméretû rendszereket rendkívül nehéz kontrollálni. Az SU(4) az egyik elsõ olyan rendszer, amelyet mesterséges atomok segítségével építettek fel a lehetséges paraméterek finomhangolásával.

"Egyszerûnek tûnik, látszólag csupán két mesterséges atomról van szó, viselkedése mégis rendkívül komplex. Megfigyelése jelentõs elõrelépést jelent a nanotechnológia, de különösen a kvantumszimulációk területén. Mint ahogy ez a kísérlet is demonstrálja, a mesterséges atomokból épített kvantummechanikai áramkörökkel komplex, a természetben elõforduló rendszerek viselkedését lehet modellezni, így olyan problémák megoldása válik lehetõvé, amelyeket a hagyományos komputerekkel lehetetlen pontosan megoldani" – vázolta a jövõbeli alkalmazásokat Zaránd Gergely.