Natuurkundigen van de Universiteit van Bonn hebben een nieuwe hindernis genomen op weg naar het maken van kwantumcomputers:in een recent onderzoek ze presenteren een methode waarmee ze heel snel en nauwkeurig grote aantallen atomen kunnen sorteren. Het werk is nu gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

Stel je voor dat je in een supermarkt staat om appelsap te kopen. Helaas, alle kratten zijn halfleeg omdat andere klanten willekeurig individuele flessen hebben verwijderd. Je vult je krat dus voorzichtig fles voor fles. Maar wacht even:de naburige kist wordt precies andersom gevuld! Het heeft flessen waar je krat gaten heeft. Als je deze flessen in één klap zou kunnen optillen en in je krat zou kunnen plaatsen, het zou meteen vol zijn. Je zou jezelf een hoop werk kunnen besparen.

Helaas, voor halflege drankkratten bestaan ​​dergelijke oplossingen (nog) niet. Echter, natuurkundigen van de Universiteit van Bonn willen in de toekomst duizenden atomen sorteren zoals ze willen, op deze manier – en in een kwestie van seconden. Rond de wereld, wetenschappers zoeken momenteel naar methoden die sorteerprocessen in de microkosmos mogelijk maken. Het voorstel van in Bonn gevestigde onderzoekers zou de ontwikkeling van toekomstige kwantumcomputers een cruciale stap voorwaarts kunnen maken. Hierdoor kunnen atomen gericht met elkaar interageren om kwantummechanische effecten te kunnen benutten voor berekeningen. In aanvulling, de deeltjes moeten in ruimtelijke nabijheid met elkaar worden gebracht.

Gemagnetiseerde atomen op optische transportbanden

De natuurkundigen gebruiken een speciale eigenschap van atomen om hun sorteermachine te creëren:deze draaien als kleine tollen om hun eigen as. De draairichting – de spin – kan met microgolven worden beïnvloed. Zo zetten de natuurkundigen in hun experiment aanvankelijk alle atomen in dezelfde draairichting weg.

In deze staat, het was mogelijk om de deeltjes op een laserstraal te laden. Echter, vooraf, ze moesten de laser zo manipuleren dat hij overeenkwam met de spin van zijn deeltjes - een proces dat bekend staat als polarisatie. De atomen werden vervolgens zo vastgehouden door de gepolariseerde laserstraal dat ze niet konden bewegen. Elk deeltje neemt een bepaalde plaats in op de laserstraal, vergelijkbaar met de flessen in de kist.

Echter, zoals in de drinkkrat, sommige plaatsen in de laserstraal zijn ook onbezet. "Zo hebben we de draairichting heel gericht omgedraaid voor individuele atomen, " legt Dr. Andrea Alberti uit, de teamleider van het Instituut voor Toegepaste Natuurkunde van de Universiteit van Bonn. “Deze deeltjes werden toen niet meer opgevangen door onze laserstraal. we konden ze met een seconde pakken, verschillend gepolariseerde laserstraal en verplaats ze zo naar wens.

De transportbalk kan, in principe, zoveel atomen tegelijk verplaatsen als je wilt. Naarmate dit plaatsvindt, ze behouden hun positie ten opzichte van elkaar. Zoals in het voorbeeld met de flessen, meerdere deeltjes kunnen dus tegelijk worden opgetild en in één keer in de openingen tussen andere atomen worden geplaatst. "Onze sorteermethode is dus uiterst efficiënt, " legt de hoofdauteur van de studie uit, Carsten Robens. "Het maakt geen groot verschil of we honderden of duizenden atomen sorteren - de benodigde tijd neemt slechts licht toe." Op dit moment, de onderzoekers werkten in hun experiment maar met vier atomen, die nu wordt gepubliceerd.

In principe, de methode is geschikt voor het maken van elk atoompatroon. Dit maakt het interessant voor vastestoffysici, bijvoorbeeld, om het gedrag van halfgeleiderkristallen onder bepaalde omstandigheden te onderzoeken.