Ruotsalaisen Chalmersin yliopiston tutkijat ovat osoittaneet, että keinotekoisen atomin kanssa voidaan kommunikoida äänen avulla. Science-lehdessä julkistettu tutkimus osoittaa, että äänen avulla voidaan demonstroida kvanttifysiikan ilmiöitä.
Kvanttioptiikassa on tiedetty pitkään, että yksittäiset atomit reagoivat valoon. Vuorovaikutus äänen kanssa on ollut selvästi vaikeampaa saavuttaa. Chalmersin tutkijat onnistuivat vaikuttamaan akustisilla aalloilla keinotekoiseen atomiin.
Tutkimusryhmää vetävänä Per Delsingin mukaan tulokset avaavat uuden oven kvanttifysiikan maailmaan, jossa atomeita voidaan kuunnella ja jossa niiden kanssa voidaan keskustella. - Pitkän tähtäimen tavoite on tietenkin kehittää erittäin nopeita kvanttitietokoneita, Desling sanoo.
Tutkimuksessa yhdistellään teoreettista ja kokeellista fysiikkaa. Delsingin ryhmä suunnittelee esimerkiksi elektronisia piirejä, joiden käyttäytyminen noudattaa kvanttilakeja. Keinotekoinen atomi on esimerkki tällaisesta laitteesta.
Delsingin mukaan myös keinotekoiseen atomiin voidaan ladata energiaa, jonka se voi sitten lähettää partikkelina. Normaalisti kyse on valopartikkelista, mutta Chalmersin kokeessa käytettiin ääniaaltoja.
- Teorian mukaan atomista tuleva ääni on jakautunut yksittäisiin kvanttipartikkeleihin, sanoo tutkija Martin Gustafsson. Tällainen partikkeli on hiljaisin ääni, joka voidaan havaita.
Koska ääni liikkuu valoon verrattuna niin hitaasti, että kehittäjillä on aikaa ohjata kvanttiprosesseja niiden ollessa käynnissä. Valo liikkuu satatuhatta kertaa nopeammin, jolloin se on paljon vaikeampaa.
Äänen hitaus merkitsee myös, että sen aallonpituus on lyhyempi. Valon kanssa vuorovaikutuksessa oleva atomi on aina paljon pienempi kuin valon aallonpituus. Äänen aallonpituuteen verrattuna atomi on itse asiassa erittäin suuri, joten sen ominaisuuksia voidaan helpommin hallta, tutkijat selventävät.
Chalmersin kokeessa käytettiin 4,8 gigahertsin taajuutta. Taajuus on lähellä langattomissa verkoissa käytettyjä mikroaaltoja. Ääneen reagoiva atomi on piirillä noin 0,01 millimetrin kokoinen. Se on valmistettu suprajohtavasta materiaalista.
