Fysikere indser, at eksotiske kvantesystem er robuste over for blanding af periodiske kræfter

Et team af forskere ledet af LMU fysikprofessor Immanuel Bloch har eksperimentelt realiseret et eksotisk kvantesystem, som er robust over for blanding af periodiske kræfter.

Da James Bond beder barkeeper om en Martini ("rystet, ikke omrørt "), han tager det for givet, at drikkens ingredienser er blandbare. Hvis han skulle placere ordren i en bar i kvanteområdet, imidlertid, Agent 007 er måske overrasket! For et forskerhold ledet af fysikerne Pranjal Bordia, Professor Immanuel Bloch (LMU og Max-Planck-Institute for Quantum Optics) og professor Michael Knap (TU München, Physics Department and Institute for Advanced Study) har nu udarbejdet en form for kvantemateriale, der er robust til at ryste - en egenskab, der ville gøre livet svært for cocktailelskere.

Faktisk, problemet med kvantemateriale ligger normalt i dets meget følsomhed over for forstyrrelser:Virkningen af ​​selv svage oscillatoriske kræfter har typisk drastiske konsekvenser på lang sigt og forventes at ændre sin oprindelige tilstand dramatisk. Derfor - indtil nu - havde man bredt antaget, at kvantesystemer normalt skulle være modtagelige for blanding, siden rysten indsprøjter energi i systemet, og bør få det til at varme op på ubestemt tid.

Men München -gruppen har nu eksperimentelt karakteriseret en eksotisk kvantetilstand, der ikke opfører sig på denne måde:Når den udsættes for en periodisk kraft, dets bestanddele blandes ikke. Forskerne afkølede først en sky af kaliumatomer til en ekstremt lav temperatur i et vakuumkammer. De indlæste derefter de ultrakolde atomer i et optisk gitter dannet af mod-udbredende laserstråler, der genererer stående bølger. Et sådant gitter kan opfattes som et netværk af energibrønde, hvori atomerne individuelt kan fanges, som æggene i en æggekarton. "Ud over, vi var i stand til at indføre uorden i gitteret på en kontrolleret måde ved tilfældigt at ændre dybden af ​​de enkelte brønde, "siger Pranjal Bordia, første forfatter til den nye undersøgelse. På denne måde, kaliumatomerne kunne lokaliseres i særlige områder af netværket, og var ikke jævnt fordelt inden for gitteret. Fysikerne rystede derefter gitteret ved periodisk at variere intensiteten af ​​laserlyset. Men systemet viste sig at være så stabilt, at de lokaliserede grupper af atomer ikke blandede sig. Kaliumatomerne blev kastet lidt rundt, men deres samlede fordeling i gitteret forblev intakt.

Eksperimenterne bekræfter nyligt offentliggjorte forudsigelser vedrørende en bestemt klasse af kvantesystemer, hvor lidelse faktisk tjener til at lokalisere kvantepartikler. I øvrigt, observationen af, at denne nyligt realiserede eksotiske kvantetilstand forblev stabil i uventet lang tid, understøttes af resultaterne af efterfølgende højtydende numeriske simuleringer. Den eksperimentelle demonstration af dette kvantesystem kan få praktiske konsekvenser for bestræbelserne på at udvikle robuste kvantecomputere, og undersøgelser af eksotiske kvantetilstande lover at give ny indsigt i grundlæggende spørgsmål inden for teoretisk fysik.