Een nieuw apparaat dat vertrouwt op stromende wolken van ultrakoude atomen belooft mogelijke tests van de kruising tussen de vreemdheid van de kwantumwereld en de vertrouwdheid van de macroscopische wereld die we elke dag ervaren. Het atomtronic Superconducting QUantum Interference Device (SQUID) is mogelijk ook nuttig voor ultragevoelige rotatiemetingen en als onderdeel in kwantumcomputers.

"In een conventionele SQUID, de kwantuminterferentie in elektronenstromen kan worden gebruikt om een ​​van de meest gevoelige magneetvelddetectoren te maken, " zei Changhyun Ryu, een fysicus bij de Material Physics and Applications Quantum-groep in het Los Alamos National Laboratory. "We gebruiken neutrale atomen in plaats van geladen elektronen. In plaats van te reageren op magnetische velden, de atomtronische versie van een SQUID is gevoelig voor mechanische rotatie."

Hoewel klein, slechts ongeveer 10 miljoenste van een meter breed, de atomtronische SQUID is duizenden keren groter dan de moleculen en atomen die typisch worden beheerst door de wetten van de kwantummechanica. Door de relatief grote schaal van het apparaat kan het theorieën over macroscopisch realisme testen, wat zou kunnen helpen verklaren hoe de wereld waarmee we vertrouwd zijn compatibel is met de kwantumgekte die het universum op zeer kleine schaal regeert. Op een meer pragmatisch niveau, atomtronic SQUID's kunnen zeer gevoelige rotatiesensoren bieden of berekeningen uitvoeren als onderdeel van kwantumcomputers.

De onderzoekers creëerden het apparaat door koude atomen op te sluiten in een vel laserlicht. Een tweede laser die het vel doorsneed, "schilderde" patronen die de atomen in twee halve cirkels leidden, gescheiden door kleine openingen die bekend staan ​​​​als Josephson Junctions.

Wanneer de SQUID wordt gedraaid en de Josephson Junctions naar elkaar toe worden bewogen, de populaties van atomen in de halve cirkels veranderen als gevolg van kwantummechanische interferentie van stromen door Josephson Junctions. Door de atomen in elke sectie van de halve cirkel te tellen, de onderzoekers kunnen heel precies bepalen hoe snel het systeem draait.

Als het eerste prototype atomtronic SQUID, het apparaat heeft nog een lange weg te gaan voordat het kan leiden tot nieuwe geleidingssystemen of inzichten in de verbinding tussen de kwantum- en klassieke wereld. De onderzoekers verwachten dat het opschalen van het apparaat om atomtronische SQUID's met een grotere diameter te produceren de deur zou kunnen openen naar praktische toepassingen en nieuwe kwantummechanische inzichten.