Fysiker vid universitetet i Bonn har rensat ytterligare ett hinder på vägen till att skapa kvantdatorer:i en ny studie har de presenterar en metod med vilken de mycket snabbt och exakt kan sortera ett stort antal atomer. Verket har nu publicerats i Fysiska granskningsbrev .

Tänk dig att du står i en mataffär och köper äppeljuice. Tyvärr, alla lådor är halvtomma eftersom andra kunder har tagit bort enskilda flaskor slumpmässigt. Så du fyller noggrant din låda flaska för flaska. Men vänta:Grannlådan fylls på exakt motsatt sätt! Den har flaskor där din låda har luckor. Om du kunde lyfta dessa flaskor i en träff och placera dem i din låda, det skulle bli fullt direkt. Du kan spara mycket arbete.

Tyvärr, sådana lösningar finns inte (ännu) för halvtomma dryckeskasser. Dock, fysiker vid universitetet i Bonn vill sortera tusentals atomer hur de än vill i framtiden på detta sätt - och på några sekunder. Runt världen, forskare letar för närvarande efter metoder som möjliggör sorteringsprocesser i mikrokosmos. Förslaget från Bonn-baserade forskare kan driva utvecklingen av framtida kvantdatorer ett avgörande steg framåt. Detta gör att atomer kan interagera med varandra på ett målinriktat sätt för att kunna utnyttja kvantmekaniska effekter för beräkningar. Dessutom, partiklarna måste bringas till rumslig närhet med varandra.

Magnetiserade atomer på optiska transportband

Fysikerna använder en särskild egenskap hos atomer för att skapa sin sorteringsmaskin:Dessa roterar runt sin egen axel som små snurr. Rotationsriktningen - centrifugeringen - kan påverkas med mikrovågor. Fysikerna satte därför inledningsvis alla atomer i samma rotationsriktning i sitt experiment.

I detta tillstånd, det var möjligt att ladda partiklarna på en laserstråle. Dock, i förväg, de var tvungna att manipulera lasern på ett sådant sätt att den matchade rotationen av dess partiklar - en process som kallas polarisering. Atomerna hölls sedan av den polariserade laserstrålen på ett sådant sätt att de inte kunde röra sig. Varje partikel upptar en viss plats på laserstrålen - liknande flaskorna i lådan.

Dock, som i dryckeslådan, några av platserna i laserstrålen är också lediga. "Vi vände därmed rotationsriktningen på ett mycket riktat sätt för enskilda atomer, "förklarar Dr. Andrea Alberti, teamledaren vid Institute of Applied Physics vid universitetet i Bonn. "Dessa partiklar fångades inte längre upp av vår laserstråle. Men vi kunde ta tag i dem med en sekund, annorlunda polariserad laserstråle och därmed flytta dem efter önskemål.

Transportstrålen kan, i princip, flytta så många atomer som man vill samtidigt. När detta sker, de behåller sin position för varandra. Som i exemplet med flaskorna, flera partiklar kan således lyftas på en gång och placeras i luckorna mellan andra atomer på en gång. "Vår sorteringsmetod är därför extremt effektiv, "förklarar huvudförfattaren till studien, Carsten Robens. "Det spelar ingen större roll om vi sorterar hundratals eller tusentals atomer - den tid som behövs ökar bara något." För tillfället, forskarna arbetade bara med fyra atomer i sitt experiment, som nu publiceras.

I princip, metoden är lämplig för att skapa vilket atommönster som helst. Detta gör det intressant för solid-state fysiker, till exempel, att undersöka beteendet hos halvledarkristaller under vissa förhållanden.