Molekuly se v průlomovém experimentu dostaly do jediného kvantového stavu

Kvantová technologie překypuje potenciálem, ale ovládání atomů a molekul se stále ukazuje jako složité. V průlomové nové studii fyzici poprvé úspěšně spojili tisíce molekul do jediného sjednoceného kvantového stavu.

Klíčem k novému vývoji je podivný stav hmoty známý jako Bose-Einsteinův kondenzát (BEC). Když se oblak atomů s nízkou hustotou ochladí na pouhý chloupek nad absolutní nulou, usadí se ve stejném kvantovém stavu. V podstatě se začnou chovat jako jeden obří atom, což přináší těžko měřitelné kvantové chování až do makroškály, kde je lze snadněji pozorovat.

Aby však vědci mohli realizovat ty nejzajímavější aplikace kvantové technologie, budou muset zvládnout složitější molekuly, které samy jsou tvořeny atomy. A právě to se nyní výzkumníkům z Chicagské univerzity podařilo.

„Atomy jsou jednoduché kulovité objekty, zatímco molekuly mohou vibrovat, rotovat a nést malé magnety,“ říká Cheng Chin, hlavní autor studie. „Protože molekuly mohou dělat tolik různých věcí, činí je to užitečnějšími a zároveň je mnohem těžší je ovládat.“

Jason Smith

Aby tým přivedl molekuly ke spolupráci, přidal dva nové kroky k normálnímu receptu na výrobu Bose-Einsteinových kondenzátů. Nejprve zchladili systém ještě chladněji než obvykle – na pouhých 10 nanokelvinů, naprosto nepatrný zlomek nad 0 K. To pomohlo více atomům spárovat se do molekul.

Poté tyto molekuly omezili na rovný povrch, takže se mohou pohybovat pouze ve dvou rozměrech, což jim pomáhá udržet je déle stabilní. Konečným výsledkem je 2D molekulární Bose-Einsteinův kondenzát složený z několika tisíc molekul s přesně stejnou orientací a vibrační frekvencí. To by podle týmu mohlo být použito pro řadu kvantových aplikací.

„Je to naprosto ideální výchozí bod,“ říká Chin. „Například, pokud chcete vybudovat kvantové systémy pro uchovávání informací, potřebujete čistý štít, na který budete moci zapisovat, než budete moci tyto informace formátovat a ukládat.“

Výzkum byl publikován v časopise Příroda.

Zdroj: University of Chicago