Ο έλεγχος της συμπύκνωσης θα μπορούσε να οδηγήσει στα "κυκλώματα ατόμων"

Από σελίδα του PhysicsWeb 4 Οκτωβρίου 2001

Γερμανοί φυσικοί έχουν δείξει για πρώτη φορά ότι τα συμπυκνώματα Bose-Einstein, μπορούν να δημιουργηθούν και να τα χειριστούμε, χρησιμοποιώντας τα αποκαλούμενα ατομικά chips. Το επίτευγμα αυτό από τον Jakob Reichel και τους συναδέλφους του, στο Πανεπιστήμιο Ludwig- Maximilians στο Μόναχο, θα μπορούσε να αποτελέσει την βάση των ολοκληρωμένων "ατομικών κυκλωμάτων" βασισμένων στη κίνηση  όχι των ηλεκτρονίων αλλά των ατόμων. Μια ειδική λιθογραφική τεχνική χρησιμοποιήθηκε για να δημιουργήσει το φαινόμενο, η οποία θα μπορούσε να φέρει συσκευές, όπως οι κβαντικοί υπολογιστές, ένα βήμα πιό κοντά (Nature, 2001 413 498).

Ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein είναι ένα υπέρ-ψυχρο ν'εφος ατόμων αερίου, που είναι όλα όμως στο ίδιο κβαντική κατάσταση. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να περιγραφεί η συμπεριφορά όλων των ατόμων, με μια ενιαία κυματοσυνάρτηση, και  οι κβαντικές ιδιότητες των ατόμων μπορούν να φανούν στη μακροσκοπική συμπεριφορά του συμπυκνώματος.

Για να κάνει το ατομικό chip, η ομάδα του Reichel απέθεσε δύο παράλληλα χρυσά καλώδια, το κάθε ένα πλάτους 50 micrometres, επάνω στη επιφάνεια ενός τσιπ σε απόσταση ακριβώς δύο εκατοστόμετρα. Η ομάδα περιόρισε ένα αέριο ατόμων ρουβιδίου σε μια συμβατική μαγνητο-οπτική παγίδα και τα μετέφερε έπειτα στην μικεροπαγίδα που δημιουργείται από το τσιπ των ατόμων. Τα μαγνητικά πεδία της μικροπαγίδας παράγονται από ηλεκτρικά ρεύματα μερικών Αμπέρ που διατρέχουν τα χρυσά καλώδια στο τσιπ των ατόμων.

Μετά από ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο που συμπιέζει το αέριο, εφαρμόστηκε μια ροή ραδιο-κυμάτων ύστερα για να ψύξει τα άτομα και να δημιουργήσει έτσι ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein, που περιείχε περίπου μισό εκατομμύριο άτομα. Το συμπύκνωμα αιωρείται μερικά micrometres επάνω από την επιφάνεια του τσιπ, που διατηρείται στη θέση του, από το μαγνητικό πεδίο.

Αφού το συμπύκνωμα είναι παγιδευμένο, ο Reichel και οι συνάδελφοι του έστειλαν μια σειρά ηλεκτρικών παλμών κατά μήκος των παράλληλων χρυσών καλωδίων, τα οποία ώθησαν το μαγνητικό πεδίο εμπρός. Αυτή η "μαγνητική ζών ημεταφορέων" έσειρε το συμπύκνωμα  κατά 1,6 χιλιοστόμετρα πέρα από την επιφάνεια του τσιπ - μια τεράστια απόσταση όταν αναφερώμαστε στους κβαντικούς όρους.

Η μικρή κλίμακα της νέας τεχνικής σημαίνει ότι τα νέφη των ατόμων του αερίου μπορούν να καταψυχτούν στη σωστή θερμοκρασία δέκα φορές γρηγορότερα από ό,τι είναι δυνατόν με τις συμβατικές παγίδες. Τέτοια γρήγορη ψύξη σημαίνει ότι ένα τέλειο κενό - που είναι δύσκολο να διατηρηθεί - είναι περιττό. Η εγγύτητα του συμπυκνώματος στη επιφάνεια είναι επίσης ένα σημαντικό επίτευγμα επειδή οι φυσικοί θεώρησαν ότι αυτό θα κατέστρεφε την εύθραυστη κβαντική κατάσταση. Τα συμπυκνώματα Βose-Einstein συνήθως δημιουργούνται σε μεγάλους σχετικά κενούς χώρους για να τα προστατεύσουν από τις συγκρούσεις με άλλα άτομα.

Η σύγχρονη λιθογραφία μπορεί να δημιουργήσει δομές μικρότερες από 100 nanometres σε μέγεθος, και αυτό καθιστά την νέα τεχνική εξαιρετικά ευπροσάρμοστη. Αυτό θα επιτρέψει στους φυσικούς να χειριστούν τα συμπυκνώματα Βose-Einstein  με πολλούς διαφορετικούς τρόπους, οι οποίοι θα μπορούσαν να ωφελήσουν πεδία της φυσικής τόσο διαφορετικά μεταξύ τους, όπως η συμβολομετρία, η ολογραφία, η μικροσκόπηση και η κβαντική επεξεργασία των πληροφοριών.