Tyske fysikere slår rekord med to-timers atomfangst – et kvantespring for kvantecomputere

Kryostatdesign: Fuld optisk adgang uden komplekse kryogene indkapslinger

Den afgørende designinnovation er, at al billeddannelse og alle pincet-optikker er placeret uden for glascellen og fungerer ved stuetemperatur i almindelig luft. Dette undgår behovet for specialfremstillede vakuum- og kryogenkompatible objektiver, der skal kunne tåle termisk sammentrækning og ultrarent vakuum. Glascellen sidder i den del af kammeret, der er ved stuetemperatur, mens kun den kolde ende dybt inde i vakuumkappen aktivt afkøles .

Det betyder, at systemet bevarer fuld optisk adgang – standard kommercielle objektiver med høj numerisk apertur kan bruges – på bekostning af, at atomerne ikke skærmes mod sortlegemestråling ved stuetemperatur. Forfatterne påpeger, at dette er foreneligt med fremtidig mikrobølge-afskærmning ved stuetemperatur til Rydberg-tilstands-eksperimenter .

Skalerbarhed mod fejlfri arrays med titusindvis af atomer

Artiklen fastslår, at den længere fængselslevetid direkte muliggør større sorterede arrays. Fordi sorteringstiden skalerer lineært med antallet af atomer, og sandsynligheden for at opretholde et fejlfrit array falder eksponentielt med størrelsen, giver en flertimers vakuumlevetid tilstrækkelig tid til at samle store, ordnede konfigurationer. Med fuld optisk adgang, der muliggør objektiver med stort synsfelt, og højeffektlasere til optiske gitre med stort volumen, forudser forfatterne en realistisk vej mod fejlfri arrays af flere titusindvis af atomer, og potentielt over 100.000 atomer .

2. Humboldt-Universität zu Berlin: Hybrid nanofotonisk fælde med overfladekræfter

Forskere ved Humboldt-Universität zu Berlin (gruppen omkring professor Arno Rauschenbeutel) har demonstreret en hybrid nanofotonisk fælde for kolde cæsiumatomer i en artikel på arXiv (arXiv:2509.17767, september 2025) og publiceret arbejdet i Nature Photonics .

Sådan fungerer det

• Fælden bruger overfladekræfter (Casimir–Polder-interaktion plus elektrostatiske ladninger på nanofiberoverfladen) til at tiltrække atomer, mens et enkelt blåforskudt evanescerende laserfelt sørger for frastødning .
• Dette erstatter den traditionelle tofarvede (rød + blå) dipolfælde, der normalt er nødvendig for nanofiber-baseret atomfangst. Fældens minimum ligger cirka 650 nm fra nanofiberoverfladen og har en dybde på cirka 1 μK .

Centrale resultater

• Atomar lagringstid: 140(9) ms – længere end i den traditionelle tofarvede dipolfælde, på trods af at den hybride fælde er markant mere overfladisk .
• Ramsey-koherenstid: 16,8(2) ms – over en størrelsesorden længere end tidligere nanofotoniske bølgelederfælder, fordi atomerne tilbringer det meste af deres tid i områder med lav lysintensitet, hvilket reducerer dekoherens forårsaget af differensielt lysskift .

Betydning

Arbejdet viser, at overfladekræfter, som normalt anses for at være en gene, der skal minimeres, kan udnyttes som et nyttigt værktøj til fangst. Dette forenkler de optiske krav (færre laserstråler er nødvendige) og forbedrer koherensen dramatisk, hvilket gør metoden lovende til kvantehukommelser, kvantenetværksknuder og andre nanofotoniske kvanteenheder .