‘Register’ met kwantumbits

Onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Kwantumoptica (MPQ) zijn er in geslaagd om kwantumbits (qubits) bestaande uit zeer koude atomen te ‘vangen’ in een rooster van laserlicht en ze vervolgens individueel zichtbaar te maken. Dit onderzoek is een stap in de richting van de ontwikkeling van een kwantumregister voor tijdelijke opslag van data in toekomstige kwantumcomputers.

Bij het experiment wordt gebruik gemaakt van een gaswolk bestaande uit rubidiumatomen die tot vlakbij het absolute nulpunt wordt afgekoeld. Bij deze extreem lage temperatuur worden de warmtebewegingen van de atomen ‘bevroren’ en komen deze in een kwantumtoestand terecht die Bose-Einstein-condensaat wordt genoemd.  Van deze koude atoomwolk wordt een platte pannenkoek gevormd die vervolgens wordt bestraald met licht van twee lasers dat een interferentiepatroon (lichtrooster) van lichte en donkere plekken vormt. De atomen verdelen zich hierbij in concentrische ringen over de lichte plekken. Door het laserlicht gaan de atomen zelf ook licht uitstralen en kunnen ze met een speciale microscoop zichtbaar worden gemaakt.

Het laserlicht zorgt er ook voor dat even aantallen atomen een energiestoot krijgen waardoor ze uit het rooster ‘vliegen’. Hierdoor blijven er in het rooster alleen plaatsen over met één of geen atoom (1 of 0). Het rooster vormt zo een groot kwantumregister. De volgende stap in het onderzoek is het manipuleren van deze individuele atomen.