Een nieuwe methode ontwikkeld aan de Universiteit van Bonn vereenvoudigt ultranauwkeurige aanpassing voor kwantumoptica-experimenten.

Een lichtstraal is alleen te zien als hij materiedeeltjes raakt en erdoor wordt verstrooid of gereflecteerd. In een vacuüm, echter, het is onzichtbaar. Natuurkundigen van de Universiteit van Bonn hebben nu een methode ontwikkeld waarmee laserstralen ook onder deze omstandigheden zichtbaar kunnen worden gemaakt. De methode maakt het gemakkelijker om de ultraprecieze laseruitlijning uit te voeren die nodig is om individuele atomen te manipuleren. De onderzoekers hebben hun methode nu gepresenteerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling toegepast .

Wanneer individuele atomen met elkaar interageren, ze vertonen vaak ongewoon gedrag vanwege hun kwantumgedrag. Deze effecten kunnen, bijvoorbeeld, worden gebruikt om zogenaamde kwantumcomputers te bouwen, die bepaalde problemen kan oplossen waar conventionele computers mee worstelen. Voor dergelijke experimenten is echter, het is noodzakelijk om individuele atomen in precies de juiste positie te manoeuvreren. “Dat doen we met laserstralen die dienen als transportbanden van licht, bij wijze van spreken, " legt Dr. Andrea Alberti uit, die de studie leidde aan het Instituut voor Toegepaste Natuurkunde van de Universiteit van Bonn.

Zo'n transportband van licht bevat talloze zakken, die elk een enkel atoom kunnen bevatten. Deze zakken kunnen naar believen heen en weer worden bewogen, waardoor een atoom naar een specifieke locatie in de ruimte kan worden getransporteerd. Als je de atomen in verschillende richtingen wilt verplaatsen, u heeft meestal veel van deze transportbanden nodig. Wanneer meer atomen naar dezelfde locatie worden getransporteerd, ze kunnen met elkaar omgaan. Om dit proces onder gecontroleerde omstandigheden te laten plaatsvinden, alle zakken van de transportband moeten dezelfde vorm en diepte hebben. "Om deze homogeniteit te waarborgen, de lasers moeten elkaar met micrometerprecisie overlappen, " legt Gautam Ramola uit, hoofdauteur van de studie.

Een boon in een voetbalstadion

Deze taak is minder triviaal dan het klinkt. Voor een ding, het vereist een grote nauwkeurigheid. "Het is alsof je een laserpointer moet richten vanaf de tribunes van een voetbalstadion om een ​​boon te raken die op de aftrapplek staat. " Alberti verduidelijkt. "Maar dat is niet alles - je moet het eigenlijk geblinddoekt doen." Dit komt omdat kwantumexperimenten plaatsvinden in een bijna perfect vacuüm, waar de laserstralen onzichtbaar zijn.

De onderzoekers in Bonn gebruikten de atomen daarom zelf om de voortplanting van laserstralen te meten. "Om dit te doen, we hebben het laserlicht eerst op een karakteristieke manier veranderd - we noemen het ook wel elliptische polarisatie, " legt Alberti uit. Wanneer de atomen worden verlicht door een laserstraal die op deze manier is voorbereid, ze reageren op een karakteristieke manier om hun toestand te veranderen. Deze veranderingen kunnen met een zeer hoge precisie worden gemeten.

"Elk atoom werkt als een kleine sensor die de intensiteit van de straal registreert, Alberti gaat verder. Door duizenden atomen op verschillende locaties te onderzoeken, we kunnen de locatie van de straal bepalen tot op een paar duizendsten van een millimeter."

Op deze manier, de onderzoekers zijn erin geslaagd, bijvoorbeeld, bij het afstellen van vier laserstralen zodat ze elkaar precies op de gewenste positie kruisten. "Zo'n aanpassing zou normaal gesproken enkele weken duren, en je zou nog steeds geen garantie hebben dat het optimum was bereikt, " zegt Alberti. "Met ons proces, we hadden maar één dag nodig om dit te doen."