Lasers hebben extreem koude, afzonderlijke atomen overgegooid en opgevangen. De techniek kan in de toekomst gebruikt worden om quantumcomputers te bouwen.

Om extreem koude atomen in bepaalde posities te zetten, grijpen onderzoekers ze gewoonlijk met behulp van zeer gerichte laserstralen, zogeheten optische pincetten. Dat werkt doordat ultrakoude atomen heel gevoelig zijn voor de krachten die elektromagnetische straling, zoals licht, op ze uitoefent. Natuurkundige Jaewook Ahn van het Advanced Institute of Science and Technology in Zuid-Korea en zijn collega’s zochten nu een manier om de tijd dat de lasers de atomen ‘aanraken’ te minimaliseren. Als lasers te lang met de atomen in de weer zijn, kunnen de eigenschappen van de deeltjes namelijk verstoord raken.

De onderzoekers begonnen met een klein doosje, van metaal en glas, met daarin rubidiumatomen. Deze atomen hadden een temperatuur van 40 miljoenste van een graad boven het absolute nulpunt. Het team gaf de atomen met behulp van het laserlicht een klein schopje, waardoor het atoom naar zijn bestemming schoot.

Hersentrainings-apps missen wetenschappelijke onderbouwing
LEES OOK

Hersentrainings-apps missen wetenschappelijke onderbouwing

Een boel apps claimen dat ze hun gebruikers slimmer ­maken. Deze hersentrainings-­apps zijn niet alleen vrij saai, hun effect op onze prestaties is ...

Daar wachtte een tweede optische pincet op het atoom. Deze ving het atoom en remde het af, zodat het op de gewenste plaats tot stilstand kwam. De afstand die zo overbrugd werd, was tot 12,6 micrometer.

Bouwen met atomen

Volgens Ahn kan deze methode het gemakkelijker maken om grotere – en dus krachtigere – quantumcomputers te bouwen die ook werken op basis van ultrakoude atomen. In deze computers slaat elk ultrakoud atoom informatie op. Ze zijn gerangschikt in rasters, en ze verwerken informatie door interacties aan te gaan met naburige atomen.

Niet alleen bij de opbouw, maar ook bij het onderhoud van de quantumcomputer kan het atoomwerpen handig zijn. Als er in de computer een fout optreedt moet er een atoom worden vervangen of verplaatst, zegt Ahn. Ook dan kan de methode gebruikt worden om het raster snel opnieuw te configureren.

‘Stel dat je een atoom moet toevoegen in het midden van een raster’, zegt natuurkundige Mark Saffman van de Universiteit van Wisconsin-Madison. ‘Gewoonlijk moet je dan een optische pincet langs verschillende punten in het raster manoeuvreren, wat de atomen daar kan verstoren. Als je het atoom gewoon naar het midden kunt gooien, los je dat probleem op.’

De nieuwe methode vergt nog wel wat verbetering, zegt Saffman. Tijdens het onderzoek lieten de lasers soms atomen vallen voordat ze ermee gooiden, of wisten ze de deeltjes niet goed te vangen.