Natuurkundigen in Israël hebben een kwantuminterferometer gemaakt op een atoomchip. Dit apparaat kan worden gebruikt om de grondbeginselen van de kwantumtheorie te onderzoeken door het interferentiepatroon tussen twee bundels atomen te bestuderen. RUG natuurkundige, Anupam Mazumdar, beschrijft hoe het apparaat kan worden aangepast om mesoscopische deeltjes te gebruiken in plaats van atomen. Deze wijziging zou zorgen voor uitgebreide toepassingen. Een beschrijving van het apparaat, en theoretische overwegingen met betrekking tot de toepassing ervan door Mazumdar, werden op 28 mei gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

Het apparaat, gemaakt door wetenschappers van de Ben-Gurion Universiteit van de Negev, is een zogenaamde Stern Gerlach interferometer, die 100 jaar geleden voor het eerst werd voorgesteld door de Duitse natuurkundigen Otto Stern en Walter Gerlach. Hun oorspronkelijke doel om een ​​interferometer te maken met vrij voortplantende atomen die zijn blootgesteld aan gradiënten van macroscopische magneten, is tot nu toe praktisch niet gerealiseerd. "Dergelijke experimenten zijn gedaan met fotonen, maar nooit met atomen, " legt Anupam Mazumdar uit, Hoogleraar Theoretische Fysica aan de Rijksuniversiteit Groningen en een van de co-auteurs van het artikel in wetenschappelijke vooruitgang .

De Israëlische wetenschappers, onder leiding van professor Ron Folman, een interferometer gemaakt op een atoomchip, die atomen kunnen opsluiten en/of manipuleren. Met behulp van magneten wordt een straal rubidium-atomen over de chip zwevend gehouden. Magnetische gradiënten worden gebruikt om de bundel te splitsen volgens de spinwaarden van de individuele atomen. Spin is een magnetisch moment dat twee waarden kan hebben, ofwel omhoog of omlaag. De spin-up en spin-down atomen worden gescheiden door een magnetische gradiënt. Vervolgens, de twee divergerende bundels worden weer bij elkaar gebracht en weer gecombineerd. De spin-waarden worden dan gemeten, en een interferentiepatroon wordt gevormd. Spin is een kwantumfenomeen, en in deze interferometer, de tegengestelde spins zijn verstrengeld. Dit maakt de interferometer gevoelig voor andere kwantumverschijnselen.

Mazumdar was niet betrokken bij de constructie van de chip, maar hij droeg theoretische inzichten bij aan het papier. Samen met een aantal van zijn collega's hij stelde eerder een experiment voor om te bepalen of zwaartekracht in feite een kwantumfenomeen is met behulp van verstrengelde mesoscopische objecten, namelijk kleine diamanten die in een staat van kwantumsuperpositie kunnen worden gebracht. "Het zou mogelijk zijn om deze diamanten te gebruiken in plaats van de rubidium-atomen op deze interferometer, " legt hij uit. Echter, dit proces zou zeer complex zijn, als het apparaat, die momenteel bij kamertemperatuur wordt gebruikt, zou moeten worden afgekoeld tot ongeveer 1 Kelvin voor het mesoscopische experiment.

Als dit gerealiseerd wordt, twee van deze atoomchips kunnen samen vrij vallen (om externe zwaartekracht te neutraliseren), zodat elke interactie die tussen hen optreedt, zou afhangen van de zwaartekracht tussen de twee chips. Mazumdar en zijn collega's willen bepalen of kwantumverstrengeling van het paar optreedt tijdens vrije val, wat zou betekenen dat de zwaartekracht tussen de diamanten inderdaad een kwantumfenomeen is. Een andere toepassing van dit experiment is de detectie van zwaartekrachtgolven; hun vervorming van de ruimte-tijd moet zichtbaar zijn in het interferentiepatroon.

De daadwerkelijke uitvoering van dit experiment is nog ver weg, maar Mazumdar is erg enthousiast nu de interferometer is gemaakt. "Het is al [een] kwantumsensor, hoewel we nog moeten uitvinden wat het precies kan detecteren. Het experiment is als de eerste stapjes van een baby - nu, we moeten het begeleiden om volwassen te worden."