Sorteringsmaskine til atomer

Fysikere ved universitetet i Bonn har ryddet en yderligere forhindring på vejen til at skabe kvantecomputere:i en nylig undersøgelse, de præsenterer en metode, hvormed de meget hurtigt og præcist kan sortere et stort antal atomer. Værket er nu udgivet i Fysisk gennemgangsbreve .

Forestil dig, at du står i en købmand og køber æblejuice. Desværre, alle kasserne er halvtomme, fordi andre kunder har fjernet enkelte flasker tilfældigt. Så du fylder forsigtigt din kasse flaske for flaske. Men vent:Nabokassen er fyldt på præcis den modsatte måde! Den har flasker, hvor din kasse har huller. Hvis du kunne løfte disse flasker med ét slag og placere dem i din kasse, den ville være fuld med det samme. Du kan spare dig selv for meget arbejde.

Desværre, sådanne løsninger findes (endnu) ikke for halvtomme drikkevarekasser. Imidlertid, fysikere ved universitetet i Bonn ønsker at sortere tusindvis af atomer, som de vil i fremtiden på denne måde - og i løbet af få sekunder. Jorden rundt, forskere leder i øjeblikket efter metoder, der muliggør sorteringsprocesser i mikrokosmos. Forslaget fra Bonn-baserede forskere kan skubbe udviklingen af ​​fremtidige kvantecomputere til et afgørende skridt fremad. Dette gør det muligt for atomer at interagere med hinanden på en målrettet måde for at kunne udnytte kvantemekaniske effekter til beregninger. Ud over, partiklerne skal bringes i rumlig nærhed af hinanden.

Magnetiserede atomer på optiske transportbånd

Fysikerne bruger en særlig egenskab ved atomer til at skabe deres sorteringsmaskine:Disse roterer rundt om deres egen akse som små snurretoppe. Rotationsretningen – centrifugeringen – kan påvirkes med mikrobølger. Fysikerne satte således i første omgang alle atomerne af i samme rotationsretning i deres eksperiment.

I denne tilstand, det var muligt at lade partiklerne på en laserstråle. Imidlertid, på forhånd, de var nødt til at manipulere laseren på en sådan måde, at den matchede spindet af dens partikler – en proces kendt som polarisering. Atomerne blev derefter holdt af den polariserede laserstråle på en sådan måde, at de ikke var i stand til at bevæge sig. Hver partikel indtager et bestemt sted på laserstrålen - svarende til flaskerne i kassen.

Imidlertid, som i drikkevarekassen, nogle af pladserne i laserstrålen er også ubesatte. "Vi vendte således rotationsretningen på en meget målrettet måde for individuelle atomer, " forklarer Dr. Andrea Alberti, teamlederen ved Institut for Anvendt Fysik ved Universitetet i Bonn. "Disse partikler blev derefter ikke længere fanget af vores laserstråle. vi var i stand til at gribe dem med et sekund, forskelligt polariseret laserstråle og dermed flytte dem som ønsket.

Transportstrålen kan, i princippet, flytte så mange atomer, som man kan lide på samme tid. Da dette finder sted, de bevarer deres position over for hinanden. Som i eksemplet med flaskerne, flere partikler kan således løftes på én gang og placeres i mellemrummene mellem andre atomer på én gang. "Vores sorteringsmetode er således ekstremt effektiv, " forklarer hovedforfatteren af ​​undersøgelsen, Carsten Robens. "Det gør ikke nogen større forskel, om vi sorterer hundredvis eller tusindvis af atomer - den nødvendige tid stiger kun lidt." I øjeblikket, forskerne arbejdede kun med fire atomer i deres eksperiment, som nu udkommer.

I princippet, metoden er velegnet til at skabe ethvert atommønster. Dette gør det interessant for faststoffysikere, for eksempel, at undersøge opførselen af ​​halvlederkrystaller under visse forhold.