Forskare från Research Center for Advanced Science and Technology (RCAST) vid University of Tokyo visade en metod för att koppla en magnetisk sfär med en sensor via den märkliga kraften av kvantinvikling. De visade att förekomsten av en enda magnetisk excitation i sfären kunde detekteras med en en-skottmätning. Detta arbete representerar ett stort framsteg mot kvantsystem som kan interagera med magnetiska material.

Tänk dig att ha en sensor som är tillräckligt kraftfull för att berätta för dig, i ett svep, om en höstack i närheten innehöll en nål eller inte. En sådan enhet kan tyckas som att den bara kan existera inom science fiction, men, använder en av de mest kontraintuitiva effekterna av kvantmekanik, denna känslighetsnivå kan bli verklighet. Förveckling, den märkliga processen som är kärnan i kvantmekaniken som gör att länkade partiklar direkt kan interagera över långa avstånd, kallades en gång "spöklik handling på avstånd" av Albert Einstein.

Experiment har bekräftat att kvantmekanik tillåter situationer där delar av ett system inte längre kan beskrivas separat, utan snarare trassla ihop sig, så att mätning av den ena automatiskt bestämmer den andens öde. Till exempel, två elektroner kan trassla ihop sig så att de båda pekar uppåt eller båda pekar nedåt - så att mätning av den ena direkt påverkar den andras tillstånd. "Förträngning har funnits i läroböcker i kvantmekanik i decennier, "säger författaren Dr Dany Lachance-Quirion, "men applikationerna för att producera mycket känsliga detektorer med det börjar först nu förverkligas."

I experimenten som utfördes på RCAST, en millimeterstor sfär av yttriumjärngranat placerades i samma resonanshålighet som en supraledande Josephson-korsningskvbit, som fungerade som sensorn. På grund av koppling av sfären till resonanshålan, och, i tur och ordning, mellan kaviteten till qubit, qubit kunde bara exciteras av en elektromagnetisk puls om inga magnetiska excitationer fanns i sfären. När man läser qubitens tillstånd avslöjas då sfärens tillstånd.

"Genom att använda enstaka upptäckt istället för i genomsnitt, vi kunde göra vår enhet både mycket känslig och mycket snabb, "Professor Yasunobu Nakamura förklarar." Denna forskning kan öppna vägen för sensorer som är tillräckligt kraftfulla för att hjälpa till med sökandet efter teoretiska partiklar i mörk materia som kallas axioner. "

Arbetet publiceras i tidskriften Vetenskap som "Entanglement-baserad single-shot-detektion av en enda magnon med en superledande qubit."