Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
’s Wereldse kleinste potje honkbal maakt een nieuw type quantumcomputer mogelijk, demonstreren natuurkundigen met vliegende atomen.
Het honkbalseizoen staat weer voor de deur, maar in Korea zijn ze alvast begonnen. In het lab welteverstaan. Want onderzoekers van het Korea Advanced Institute of Science and Technology hebben ontdekt hoe ze individuele atomen kunnen ‘wegslaan’ en weer opvangen met behulp van zogenoemde optische pincetten. Ze publiceerden erover in het tijdschrift Optica.
Lees ook:
- Nobelprijs natuurkunde naar optische pincetten
- ‘Natrium en cesium voor het eerst gebonden’
- Duwen en trekken met licht
Geslagen door een honkbalknuppel
Optische pincetten zijn een soort vallen gemaakt van een sterk geconcentreerde laserbundel. Je kunt ermee kleine objecten vasthouden, manipuleren en verplaatsen. Het gaat dan bijvoorbeeld om eiwitten of DNA, maar sinds kort is het ook mogelijk de techniek toe te passen op losse atomen. In de nieuwe studie zijn die atomen voor het eerst ook met flinke snelheid ‘weggezwiept’ en vervolgens weer gevangen.
Hoe deden hoofdonderzoeker Jaewook Ahn en collega’s dat? Eerste koelden ze een rubidiumatoom tot het absolute nulpunt (-273 graden Celsius). Vervolgens werd die in het laserlicht van een optische pincet gebracht. Door met de sterkte van de laser te spelen, begon dat atoom steeds harder te trillen. Vervolgens schakelden de onderzoekers het pincet uit en ‘vloog’ het atoom uit de lichtval. Alsof hij geraakt werd door een honkbalknuppel.
Dwars door een laserbundel
In het experiment overbrugde het atoom vervolgens een afstand van 4,2 micrometer (een rubidiumatoom is zelf slechts 0,000248 micrometer groot). Hij had daarbij een maximale snelheid van 65 centimeter per seconde. En dan het vangen. Op het moment dat het atoom werd ‘gelanceerd’, schakelden de onderzoekers een tweede optische pincet in, die het vrij vliegende atoom met zijn laserbundel ‘greep’ en vervolgens afremde tot stilstand.
Dat is al een knap staaltje mini-honkbal, maar Ahn en collega’s demonstreerden nog meer. Zo bleek het ook mogelijk rubidiumatomen dwars door de laserbundel van een derde optische pincet te ‘gooien’, zonder daarbij het atoom te raken die daarin zweefde.
“Ingewikkelde jongleerpartij”
Quantumnatuurkundige Robert Spreeuw van de Universiteit van Amsterdam is onder de indruk van het ‘gooi- en smijtwerk’ van de Koreanen. “Dit is een verrassende aanpak om atomen te verplaatsen. De meest directe toepassing zie ik in het herschikken van atomen in een rooster. Zo’n gevuld rooster is van belang als quantumregister, in feite het werkgeheugen van een quantumcomputer.”
Zelf werkt Spreeuw – net als de onderzoekers – ook aan zo’n computer, die sneller zou zijn dan elke klassieke computer. “Wij verslepen hierbij de atomen met optische pincetten naar de juiste plek. Dit gaat sequentieel, een voor een. Maar dat wordt een probleem als je het rooster steeds groter wilt maken en het aantal bewegingen dus ook omhooggaat. Met de nieuwe methode kunnen meerdere atomen tegelijkertijd onderweg zijn. Natuurlijk moet je de atomen wel allemaal op het goede moment weer opvangen, dus dat wordt nog een ingewikkelde jongleerpartij. Maar ik denk dat een quantumcomputer dat wel kan orkestreren.”
Naast nieuwe quantumcomputers zou de techniek ook kunnen worden gebruikt bij de bestudering van de atomen zelf. Door botsingen te bewerkstelligen tussen de vrij vliegende atomen, kunnen wetenschappers nieuwe eigenschappen van stoffen ontdekken. Dat zou volgens de onderzoekers dan een nieuw onderzoeksveld kunnen worden: atom-by-atom-chemie.
Bronnen: Optica, Optica News via EurekAlert!
Beeld: Jaewook Ahn/Korea Advanced Institute of Science and Technology