Ett team av forskare under ledning av LMU -fysikprofessorn Immanuel Bloch har experimentellt realiserat ett exotiskt kvantsystem som är robust för blandning av periodiska krafter.
När James Bond ber barkeeper om en Martini ("skakad, inte rörd "), han tar det för givet att ingredienserna i drycken är blandbara. Om han skulle placera ordern i en stapel i kvantområdet, dock, Agent 007 kan vänta! För ett forskargrupp ledd av fysikerna Pranjal Bordia, Professor Immanuel Bloch (LMU och Max-Planck-institutet för kvantoptik) och professor Michael Knap (TU München, Physics Department and Institute for Advanced Study) har nu förberett en form av kvantämne som är robust för att skaka - en egenskap som skulle göra livet svårt för cocktailälskare.
Faktiskt, problemet med kvantämne ligger normalt i dess mycket känslighet för störningar:Även svaga oscillatoriska krafters verkan har vanligtvis drastiska konsekvenser på lång sikt och förväntas dramatiskt förändra dess ursprungliga tillstånd. Därför hade man hittills antagit att kvantsystem normalt skulle vara känsliga för blandning, eftersom skakning injicerar energi i systemet, och bör få den att värmas upp på obestämd tid.
Men München -gruppen har nu experimentellt präglat ett exotiskt kvanttillstånd som inte beter sig på detta sätt:När det utsätts för en periodisk kraft, dess beståndsdelar blandas inte. Forskarna kylde först ett moln av kaliumatomer till en extremt låg temperatur i en vakuumkammare. De laddade sedan de ultrakylda atomerna i ett optiskt gitter bildat av motförökande laserstrålar som genererar stående vågor. Ett sådant gitter kan ses som ett nätverk av energibrunnar där atomerna kan fångas individuellt, som äggen i en äggkartong. "Dessutom, vi kunde införa störning i gallret på ett kontrollerat sätt genom att slumpmässigt ändra djupet i de enskilda brunnarna, "säger Pranjal Bordia, första författare till den nya studien. Med detta medel, kaliumatomerna kan lokaliseras i särskilda områden i nätverket, och var inte jämnt fördelade inom gallret. Fysikerna skakade sedan gallret genom att periodiskt variera laserljusets intensitet. Men systemet visade sig vara så stabilt att de lokaliserade grupperna av atomer inte blandades. Kaliumatomerna slingrade något, men deras totala fördelning i gallret förblev intakt.
Experimenten bekräftar nyligen publicerade förutsägelser relaterade till en specifik klass av kvantsystem där störning faktiskt tjänar till att lokalisera kvantpartiklar. Dessutom, observationen att detta nyligen realiserade exotiska kvanttillstånd förblev stabilt under en oväntat lång tid stöds av resultaten av efterföljande högpresterande numeriska simuleringar. Den experimentella demonstrationen av detta kvantsystem kan ha praktiska konsekvenser för ansträngningar att utveckla robusta kvantdatorer, och studier av exotiska kvanttillstånd lovar att ge ny insikt i grundläggande frågor inom teoretisk fysik.
