Wissenschaftler erstellen ein Modell zum "Programmieren" von Atomen ohne Magnetfelder

Forscher der Physikfakultät der Universität Vilnius haben ein theoretisches Modell entwickelt, das Licht nutzt, um Atome ohne externe Magnetfelder vorab zu «programmieren».

Laut dem Konzept der Autoren «programmiert» Licht zunächst die Atome, und dann verändert das vorab vorbereitete atomare Medium die Form und Polarisation komplexer Laserstrahlen.

Im Mittelpunkt des Modells stehen optische Wirbel: Strahlen mit einer spiralförmigen Wellenfrontstruktur, bei denen die Intensität im «Kern» auf null sinkt. Die Größe des dunklen Bereichs wird durch die topologische Ladung bestimmt, die «nicht begrenzt ist und beliebige positive und negative ganze Zahlenwerte annehmen kann».

In der Praxis können bis zu 10.000 verschiedene Zustände erzielt werden — und Informationen können in Qudits anstelle eines Zwei-Zustände-Qubit-Systems codiert werden.

Um Vektorwirbel zu steuern, untersuchten die Forscher die Wechselwirkung eines Strahls mit einem atomaren Gas, in dem die Atome drei Energieniveaus haben. Im Modell erbt das vorbereitete Medium das räumliche Muster des Lichts: In einigen Regionen absorbieren die Atome die Strahlung stärker, in anderen werden sie fast transparent. Dann beginnt das Feedback — die atomare Reaktion baut den Strahl selbst um.

Anstelle einer einfachen Ringstruktur erscheint ein Blütenblattmuster mit mehreren hellen Regionen um das Zentrum — die Polarisationsstruktur selbst ändert sich ebenfalls. Bisher erforderte eine solche Kontrolle normalerweise leistungsstarke externe Magnetfelder und komplexe Ausrüstung.

Theoretisch eröffnet diese Entwicklung den Weg zu schnelleren Quantenprozessoren, hochsicheren Quantenkommunikationsnetzwerken und ultra-präzisen optischen Sensoren.

Zur Erinnerung: Am 17. Juni veröffentlichten eines der sechzehn nationalen Labore des U.S. Department of Energy, die Sandia National Laboratories, und der Quantencomputer-Entwickler Quantinuum ein begutachtetes Papier über den 98-Qubit-Quantencomputer Helios.

Quelle: ForkLog