Αν ανοιγοκλείσεις τα μάτια σου, ίσως το χάσεις, αλλά αν κρατήσεις το βλέμμα σου στις οθόνες του εργαστηρίου του καθηγητή Sebastian Will, θα παρατηρήσεις μια σειρά από φλας διάρκειας ενός δευτερολέπτου που φωτίζουν την οθόνη. Κάθε φλας είναι ένα άτομο στροντίου, ένα φυσικά απαντώμενο μέταλλο της ομάδας των αλκαλικών γαιών, που συλλαμβάνεται στιγμιαία και συγκρατείται από «λαβίδες» φτιαγμένες από φως λέιζερ. «Μπορούμε να δούμε μεμονωμένα άτομα», λέει ο διδακτορικός φοιτητής Aaron Holman. «Ποτέ δεν το βαριέμαι».
Ο Holman, ο οποίος βρίσκεται στο 5ο έτος του διδακτορικού του στη φυσική, βοήθησε στην κατασκευή του έργου «TweeSr», όπως ονομάζεται στο εργαστήριο, από την αρχή. Φυσικός του πεδίου ατομικής, μοριακής και οπτικής φυσικής (AMO) στην καρδιά, εργάζεται πλέον πάνω σε τρόπους αξιοποίησης της βασικής έρευνας για την αλληλεπίδραση ατόμων, μορίων και φωτός ώστε να αναπτυχθούν νέες τεχνολογίες, σε συνεργασία με το Columbia Engineering. Επίσης, δραστηριοποιείται σε μεγαλύτερες κλίμακες, ως μέρος ενός κβαντικού δικτύου που βρίσκεται υπό κατασκευή.
Το SCY-QNet και το κβαντικό μέλλον
Το δίκτυο, που φέρει την ονομασία SCY-QNet και ηγείται από ερευνητές του Stony Brook University, θα εκτείνεται τελικά από το Brookhaven National Laboratory στο Long Island, μέσω του Manhattan και του Columbia, μέχρι το New Haven στο Connecticut, στο Yale.
Κατά τη διάρκεια του προπτυχιακού του στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου, έκανε διπλό πτυχίο στη μοριακή μηχανική και τη φυσική, που ήταν πολύ κοντά στο AMO πεδίο: μελετούσε πράγματα όπως κβαντικά δίκτυα και υλικά «εμπλουτισμένα» με ιόντα σπανίων γαιών για χρήση στην τεχνολογία τηλεπικοινωνιών.
«Όμως για το μεταπτυχιακό, αποφάσισα να στραφώ αποκλειστικά στην ατομική φυσική. Η AMO φυσική είναι καθαρή υπό την έννοια ότι χτίζουμε τα πάντα από την αρχή. Τα συστήματά μας είναι ακριβώς όπως τα θέλουμε».
Τι είναι το έργο TweeSr;
Είναι ένα λογοπαίγνιο με τη λέξη «tweezers» (λαβίδες) και το στοιχείο που χρησιμοποιούμε, το στρόντιο. Χρησιμοποιούμε ένα πολύ ισχυρό λέιζερ που μπορεί να παγιδεύσει άτομα με εξαιρετική ακρίβεια. Πρόκειται για ένα πράσινο λέιζερ που μπορεί να παγιδεύσει άτομα σε διάστημα μόλις 520 νανομέτρων.
«Μαζί με τον συμφοιτητή μου Ximo Sun και τον μεταδιδακτορικό ερευνητή Bojeong Seo, έχουμε σχεδιάσει τις παγίδες έτσι ώστε να μπορούμε να τοποθετούμε ένα μόνο άτομο σε κάθε «λαβίδα».
«Συνεργαζόμαστε επίσης με το εργαστήριο του καθηγητή μηχανικής Nanfang Yu. Χρησιμοποιούμε τις ολογραφικές μεταεπιφάνειές τους – επίπεδες οπτικές συσκευές που χειρίζονται το φως με εξαιρετικά ακριβή τρόπο- για να δημιουργήσουμε πολλές λαβίδες από μία μόνο δέσμη λέιζερ. Με τις μεταεπιφάνειες, μπορούμε να διατάξουμε τις λαβίδες σε οποιοδήποτε σχήμα ή μοτίβο θέλουμε. Μπορούμε επίσης να τοποθετήσουμε τα μεμονωμένα άτομα πολύ κοντά το ένα στο άλλο, κάτι που είναι δύσκολο σε συμβατικά πειράματα με λαβίδες.
Επειδή οι μεταεπιφάνειες μας επιτρέπουν να σχεδιάζουμε το ατομικό σύστημα με απόλυτη ακρίβεια, μπορούμε να μελετήσουμε φυσική που δεν έχει εξεταστεί ποτέ ξανά.
Τι μπορεί να προκύψει από αυτή τη νέα φυσική;
Τοποθετώντας τα μεμονωμένα άτομα κοντά, τροποποιούμε τον τρόπο που το φως αλληλεπιδρά με αυτά. Αυτή η συλλογική συμπεριφορά δεν έχει εξερευνηθεί επαρκώς σε συστήματα όπως το δικό μας. Αν διατάξουμε τα άτομα σε μια συγκεκριμένη διάταξη, μπορούμε να μελετήσουμε το φαινόμενο της υπερακτινοβολίας (superradiance), όπου τα άτομα εκπέμπουν φωτόνια πολύ γρήγορα, ή της υποακτινοβολίας (subradiance), όπου εκπέμπουν πολύ αργά. Όσον αφορά τις εφαρμογές, η πρώτη μπορεί να αυξήσει το εύρος ζώνης επεξεργασίας του συστήματός μας, ενώ η δεύτερη μπορεί να δημιουργήσει μια νέα μορφή κβαντικής μνήμης. Και οι δύο είναι συναρπαστικές προοπτικές για ένα κβαντικό δίκτυο!
Παραχωρήθηκε από το Columbia University
