Hai hệ thống thí nghiệm tại tiền phương của nghiên cứu vật lí hiện đại – một ion độc thân bị bẫy và một chất khí nguyên tử lượng tử - lần đầu tiên đã được kết hợp với nhau bởi các nhà nghiên cứu tại Cambridge.
Hình trên cho thấy thiết bị thí nghiệm của đội nghiên cứu gồm bẫy ion nằm bên trong buồng chân không. Khung hình nhỏ thể hiện dưới dạng giản đồ ion độc thân (màu đỏ) trong ngưng tụ Bose-Einstein (màu xám tối).
Sự chế tạo thành công của hệ lai này mở ra con đường dẫn tới những loại thí nghiệm mới, trong đó sự điều khiển chính xác các ion bị bẫy có thể dùng để nghiên cứu và thao tác trên các chất khí lượng tử với độ chính xác nano mét.
Trong những năm gần đây, chất khí lượng tử cực lạnh gọi là ngưng tụ Bose-Einstein và các ion độc thân bị giam cầm trong bẫy điện từ đều được sử dụng để khảo sát nhiều bài toán đa dạng trong ngành vật lí cơ bản.
Viết trên tạp chí Nature số ra tuần này, đội nghiên cứu ở Khoa Vật lí trường Đại học Cambridge mô tả sự nhận chìm của một ion ytterbium độc thân bị bẫy trong một ngưng tụ Bose-Einstein gồm các nguyên tử rubidium trung hòa.
Họ chứng tỏ được rằng họ có thể điều khiển hai hệ đó một cách độc lập, và nghiên cứu các tương tác của chúng. Họ còn quan sát thấy ‘sự lạnh đi có hệ thống’ của ion bởi ngưng tụ trên – một hiệu ứng cuối cùng có thể tỏ ra hữu ích trong lĩnh vực điện toán lượng tử.
Theo tiến sĩ Michael Köhl: “Chúng tôi đặt một nguyên tử ytterbium tích điện độc thân vào một ngưng tụ Bose-Einstein, ở nhiệt độ chỉ một vài phần tỉ của một độ trên không độ tuyệt đối, là thứ lạnh nhất trong vũ trụ”.
Những kết quả trên có thể dùng để làm nguội các máy tính lượng tử - những dụng cụ, sử dụng các quy luật của cơ học lượng tử, có thể giải được những nhiệm vụ điện toán nhất định nhanh hơn nhiều bất kì máy tính nào hiện có. Các bộ xử lí lượng tử cơ bản hiện đã có mặt nhưng chúng chưa qua mặt được những máy tính thông thường nhanh nhất.
“Những máy tính lượng tử mạnh nhất ngày nay được chế tạo từ các nguyên tử độc thân, giống như yttterium của chúng tôi, bị bẫy trong chân không, nhưng chúng cần được làm lạnh để thực hiện công việc tính toán chính xác. Thông thường, yêu cầu này được thực hiện với ánh sáng laser, thiết bị khá phức tạp, đắt tiền, và nó làm gián đoạn quá trình điện toán. Với kĩ thuật mới của chúng tôi, những máy tính lượng tử có thể nguội đi liên tục trong tương lai có thể lát đường dẫn tới một ứng dụng rộng rãi hơn”, tiến sĩ Köhl nói.
Theo PhysOrg.com
