At sætte usædvanligt store atomer i en kasse med kolde kobber sider hjalp forskerne med at kontrollere dem for en hidtil uset 50 minutter ved rumtemperatur, en forbedring, der er nødvendig for at bygge mere kraftfulde kvantecomputere og simulatorer
Kontrol af gigantatomer kan føre til mere kraftfulde kvantecomputere
Kæmpe atomer fik lige et løft, da udfordrere til at fremstille de bedste kvantesimulatorer og computere, da forskere kontrollerede dem for en hidtil uset lang tid til et rum-temperatureksperiment.
Grib et atom, indstil dets kvanteegenskaber med elektromagnetiske impulser eller laserlys – at ændre energierne i dets elektroner – og du kan bruge det til at kode information. Gør dette med tusinder af atomer, og du har en kvantecomputer eller en simulator til eksotiske kvantematerialer. Efter et stykke tid kan atomer imidlertid spontant ændre deres tilstand, der introducerer fejl. De er kun kontrollerbare og derfor nyttige i løbet af en begrænset “levetid”, som tidligere var maksimalt 1400 sekunder for rumtemperatureksperimenter. Forskere har været i stand til at fange atomer længere, men disse tilgange krævede, at hele opsætningen blev placeret i et kæmpe køleskab, hvilket udgør logistiske udfordringer.
Zhenpu Zhang og Cindy Regal ved University of Colorado Boulder og deres kolleger har nu knust den rumtemperaturrekord. De brugte Rydberg-atomer, som er superstore i diameter, fordi nogle af deres elektroner er langt fra deres kerner. Holdet indlæste atomerne i en beholder, der var blevet tømt for alle luftpartikler, der kunne forstyrre dem, og derefter greb hvert atom med lasere eller “optisk pincet”. Dette er en standard måde at kontrollere Rydberg -atomer, som er ekstremt følsomme over for elektromagnetiske felter og lys.
Forskerne tilføjede også et lag kobber til beholderens sider og afkølede derefter belægningen til -269 ° C (-452 ° F). Dette beskyttede atomerne mod varme, som kan ændre deres tilstande. Derudover siger Zhang, at eventuelle omstrejfende luftpartikler blev fastgjort til kobberbeklædningen, svarende til, hvordan varmt vanddråber kondenseres på en kold overflade, hvilket forbedrer vakuumet inde i beholderen. Derfor kunne teamet holde atomerne fanget og godt kontrolleret i cirka 50 minutter-3000 sekunder eller omtrent dobbelt så lang som lignende tidligere eksperimenter.
Zhang begyndte at opbygge denne opsætning for omkring fem år siden fra næsten scratch, siger Regal. ”Dette er som en total fornyelse af, hvordan du tænker på at fremstille disse eksperimenter,” siger hun.
Clément Sayrin på Kastler Brossel Laboratory i Frankrig siger, at den nye tilgang kunne gøre det muligt at manipulere flere atomer, hvilket ville øge computerkraften for enhver computer eller simulator lavet af dem. ”Tre tusind sekunder er meget lang. Du er nødt til at arbejde hårdt for at have disse lange levetider til disse atomer,” siger han. At have flere atomer i kammeret ville imidlertid også betyde at skulle bruge flere lasere til at kontrollere dem, hvilket kan mindske atomernes levetid, så der er stadig flere tekniske udfordringer, siger Sayrin.