Die Quantentechnologie ist voller Potenzial, aber die Manipulation von Atomen und Molekülen ist weiterhin sehr schwierig. In einer neuen bahnbrechenden Studie haben Physiker erstmals Tausende von Molekülen erfolgreich zu einem einzigen Quantenzustand kombiniert.
Der Schlüssel zu dieser neuen Entwicklung ist ein seltsamer Materiezustand, der als Bose-Einstein-Kondensat (BEC) bekannt ist. Wenn eine Wolke von Atomen niedriger Dichte auf knapp über den absoluten Nullpunkt abkühlt, gehen sie in den gleichen Quantenzustand über. Im Wesentlichen beginnen sie, sich wie ein riesiges Atom zu verhalten, was das schwer zu messende Quantenverhalten näher an die Makroebene bringt, wo es leichter zu beobachten ist.
Um die faszinierendsten Anwendungen der Quantentechnologie zu realisieren, müssen Wissenschaftler lernen, wie man mit Molekülen arbeitet, die komplexer sind und selbst aus Atomen bestehen. Und jetzt ist es Forschern an der Universität von Chicago gelungen, genau das zu tun.
Atome sind einfache kugelförmige Objekte, während Moleküle vibrieren, sich drehen und kleine Magnete tragen können, sagt Chen Chin, leitender Autor der Studie. Da Moleküle so viele verschiedene Dinge tun können, sind sie nützlicher und gleichzeitig viel schwieriger zu kontrollieren.
Damit die Moleküle zusammenarbeiten, fügte das Team dem üblichen Rezept für Bose-Einstein-Kondensate zwei neue Schritte hinzu.
Erstens kühlten sie das System noch mehr als gewöhnlich ab - nur 10 Nanokelvin über dem absoluten Nullpunkt. Dies half mehr Atomen, sich zu Molekülen zu verbinden.
Sie schlossen diese Moleküle dann in eine flache Oberfläche ein, so dass sie sich nur in zwei Dimensionen bewegen konnten, was ihnen half, länger stabil zu bleiben. Das Endergebnis ist ein zweidimensionales molekulares Bose-Einstein-Kondensat aus mehreren tausend Molekülen mit derselben Orientierung und Schwingungsfrequenz. Dies kann laut Wissenschaftlern für eine Vielzahl von Quantenanwendungen genutzt werden.
Dies ist ein absolut perfekter Ausgangspunkt, sagt Chen Chin. Wenn Sie beispielsweise Quantensysteme zum Speichern von Informationen erstellen möchten, müssen Sie bei Null beginnen, bevor Sie diese Informationen formatieren und speichern können.
2021-04-29 19:38:47
Autor: Vitalii Babkin