Mikrohullámok az ultrahideg atomokhoz

Rendkívül pontos mérések az új mikrochipnek köszönhetően

Anyaghullámok mérőkészüléke © scinexx
felolvasta

Rendkívül hideg atomok generálhatók és manipulálhatók egy mikrochipön lézer és mágneses mező segítségével. Ez teszi ezeket a chipeket a kvantumfizika egyfajta kísérleti területévé, az alapvető kérdések - például a hullám-részecske dualizmus - vizsgálatához. Ugyanakkor az atomszámgépek pontos érzékelőkként szolgálhatnak olyan erőket illetően, mint a gravitáció vagy a gyenge elektromágneses terek. A fizikusoknak először sikerült integrálniuk a mikrohullámú tereket egy atomcsipbe, így megvalósítva egy interferométert, azaz az anyaghullámok mérőkészülékét.

A felhasznált mikrohullámú potenciál kulcsfontosságú technológia az új "becsípett" kvantumállapotok létrehozásához. Ezek az állapotok csökkentik az atomok úgynevezett kvantumzajt, és így alkalmasak az erők rendkívül pontos interferometrikus mérésére.

A potenciál kulcsfontosságú technológiát jelenthet a mikrochip-alapú kvantumszámítógépek gyártásában is, jelentetik Philipp Treutlein körüli tudósok és Theodor W. Hänsch professzor a Müncheni Egyetemen és a Max Planck Kvantumoptikai Intézetben a "Természetfizika" online kiadásában.,

Nehéz nehéz sorsú atomok

Rögzítve, fagyasztva és energiával ellátva: a mikrochip atomjainak sorsa gyakran nem könnyű. De lehetővé teszik alapvető betekintést a kvantumfizika világába. A chip alapú technológia alapja az anyag kvantum állapota, amelyet először 1995-ben hoztunk létre a laboratóriumban: A Bose-Einstein kondenzátumban az atomok néhány milliomoddal hűthetők az abszolút nulla feletti fok - azaz 0 Kelvin vagy -273, 15 Celsius fok - fölött.

A rendkívül hideg hőmérsékletek miatt az atomok mozgása, belső energiaállapota és egyéb tulajdonságai megfelelnek egy jól meghatározott kvantumállapotnak. Ez manipulálható egy vákuumkamrában lévő mikrochip segítségével. Az elektromosság mágneses tereket generál, amelyek miatt a részecskék néhány mikronnal lebegnek a chip felülete fölött. kijelző

Atomi chipek interferométerként

"Ez a technológia lehetővé teszi a hullámrészecskék kettősségének, a kvantumállapotok összefonódásának és a kvantumfizika egyéb alapvető kérdéseinek tanulmányozását" - mondta Treutlein, a "Munich Atom Chip Group" munkacsoport vezetője. És tovább: "A kvantum összefonódása azt jelenti, hogy két vagy több részecskét már nem lehet külön-külön leírni, hanem csak egy teljes rendszerként."

Atom chipeket is használnak interferométerként. Ez az anyaghullámokhoz használt eszköz azt a tényt használja, hogy a chipben lévő Bose-Einstein kondenzátum kezdetben térbelilag megoszlik, majd újraegyesül. "A felosztás az atomok kvantum mechanikus szuperpozícióját hozza létre két állapotban. Összekapcsolva az állapotok interferenciát okoznak, és jellegzetes interferenciamintázat alakul ki - magyarázza Treutlein. Külső Ha a külső erők az atomfelhőre osztott állapotban hatnak, akkor azokat meg lehet mérni az interferencia mintázatának változásai alapján.

Bose-Einstein kondenzátumokon alapuló interferométer

Treutlein és csapata kifejlesztett egy interferométert Bose-Einstein kondenzátumok alapján. Rendkívül pontos méréseket tesz lehetővé, és rendkívül rugalmas potenciált generál az integrált mikrohullámú mezőknek köszönhetően. "Képesek voltunk egymástól függetlenül a mozgás és az atomok belső energiaállapotának manipulálására" - írja Treutlein. Egy új tulajdonság az, hogy az interferenciamintázatot már nem kell térbelilag megoldani. Elegendő meghatározni az atomok számát a különböző államokban.

A mikrohullámú alapú technológia lehetővé teszi a "lerakott" kvantumállapotok létrehozását is, amelyek felhasználhatók az interferometriai mérések - például a gravitációs vagy forgási erők - pontosságának jelentős növelésére. Lehet. Mivel a sajtolt kvantumállapotok a kutatók szerint csökkentik, a kvantumzaj a mérésekben. Ennek eredményeként az atomi órák leolvasásának pontossága és a nagyon gyenge erők interferometrikus mérése eddig korlátozott.

Mikrohullámú atomok

"A mikrohullámú atomok, mint kompakt és rendkívül érzékeny mérőeszközök meghatározhatják a gyenge elektromágneses tereket, a forgási és a gravitációs erőket" - mondja Treutlein. A forgási erők mérése fontos például a navigációs eszközökben, míg a gyenge gravitációs változások észlelése hasznos a talajvíz vagy a természeti erőforrások felfedezéséhez. lehet.

A számítástechnikában a fizikus potenciális alkalmazásokat lát például kvantumszámítógép fejlesztésében. "Az atomi chipek előnyösek, mivel nagyon kompaktok és sok kvantumbittel és kapuval vannak rajta" - mondja Treutlein. Ezen túlmenően az ultraszeres atomok szuperpozíciója tartós és nagyon stabil.

(idw - Müncheni Egyetem / Max Planck Kvantumoptikai Intézet, 2009. július 8. - DLO)