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Neue Technik zur Stabilisierung von Alkalimetalldämpfen kann Quantencomputer ankurbeln

Neue Technik zur Stabilisierung von Alkalimetalldämpfen kann Quantencomputer ankurbeln

Forscher haben einen Weg gefunden, Alkalimetalldämpfe zu stabilisieren und bei Bedarf Zugang zu einzelnen Elektronen zu erhalten, was die Entwicklung von Quantencomputern und anderen Technologien erheblich unterstützen könnte.

Wissenschaftler entwickeln neue Techniken zur Stabilisierung von Alkalimetalldämpfen

Wissenschaftler der University of Bath (UB) haben diese Woche einen neuen Artikel in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation Darin wird eine neue Technik zur Stabilisierung von Alkalimetalldämpfen beschrieben, die den Zugang zu einzelnen Elektronen aus Elementen wie Lithium, Natrium und Kalium ermöglicht. Diese Elektronen können verwendet werden, um logische Operationen durchzuführen oder ein Mittel zur Datenspeicherung für Quantencomputer bereitzustellen, in medizinischen Diagnosegeräten verwendet zu werden oder die Art von präzisen Messungen bereitzustellen, die zum Antreiben einer Atomuhr erforderlich sind.

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"Wir freuen uns sehr über diese Entdeckung, da sie so viele Anwendungen in aktuellen und zukünftigen Technologien hat", sagte Professor Ventsislav Valev vom Fachbereich Physik der UB, der die Forschung leitete. "Es wäre nützlich bei der Atomkühlung, bei Atomuhren, bei der Magnetometrie und bei der hochauflösenden Spektroskopie."

Das Potenzial für Alkalimetalldämpfe ist seit einiger Zeit bekannt. Diese Elemente haben ein einzelnes Elektron in ihrer äußersten "Hülle" um den Kern, wodurch ein einzelnes Elektron theoretisch leicht aufgenommen werden kann. Das Problem besteht darin, den Druck auf den Dampf in einem geschlossenen Raum zu halten, der notwendig ist, um auf die Quanteneigenschaften von Alkalimetalldampf zuzugreifen. Bisher sind die vorhandenen Methoden, um dies zu erreichen, wie das Erhitzen des Behälters, in dem sich der Dampf befindet, nicht nur langsam und teuer, sondern für die Verwendung in größeren Anwendungen nur sehr schwer skalierbar.

Was Valev und sein Forschungsteam an der UB zusammen mit Kollegen der Bulgarischen Akademie der Wissenschaften (BAS) entdeckten, entdeckte eine neue Technik, um Alkalimetalldämpfe in geschlossenen Räumen wie Glasfaserröhren schnell und hoch zu erhitzen reproduzierbar. Durch Beschichten des Inneren der Behälter mit Goldnanopartikeln, die hunderttausendmal kleiner als der Kopf eines Stifts sind, kann ein grünes Laserlicht verwendet werden, das diese Nanopartikel schnell absorbieren und in Wärmeenergie umwandeln, die dann den darin enthaltenen Alkalimetalldampf stabilisieren kann der Kontainer.

"Unsere Beschichtung ermöglicht eine schnelle und reproduzierbare externe Kontrolle der Dampfdichte und der damit verbundenen optischen Tiefe", sagte Valev, "die für die Quantenoptik in diesen begrenzten Geometrien von entscheidender Bedeutung ist."

Darüber hinaus haben die Nanopartikel den Quantenzustand eines Atoms, mit dem sie in Kontakt kamen, nicht gestört.

"In diesem Beweis des Prinzips", sagte Associate Professor Dimitar Slavov vom BAS Institute of Electronics, "wurde gezeigt, dass die Beleuchtung unserer Beschichtung herkömmliche Methoden deutlich übertrifft und mit Standard-Polymerbeschichtungen kompatibel ist, die zur Erhaltung von Quantenzuständen einzelner Atome und kohärenter Ensembles verwendet werden." . "

Dr. Kristina Rusimova, eine Preisträgerin am UB Department of Physics, glaubt, dass ihre Arbeit nur der erste Schritt ist. "Weitere Verbesserungen unserer Beschichtung sind möglich, indem Partikelgröße, Materialzusammensetzung und Polymerumgebung eingestellt werden", sagte sie. "Die Beschichtung kann in verschiedenen Behältern Anwendung finden, einschließlich optischer Zellen, magnetooptischer Fallen, Mikrozellen, Kapillaren und optischen Hohlkernfasern."


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