Duitse natuurkundigen breken records met quantumval voor atomen

Cryostaatontwerpinnovatie: volledige optische toegang zonder complexe cryogene omhulsels

Het belangrijkste ontwerpidee is dat alle beeldvormings- en pincetoptica zich buiten de glazen cel bevinden, en op kamertemperatuur in lucht werken. Dit vermijdt de noodzaak van op maat gemaakte vacuüm- en cryogene compatibele objectieven die thermische krimp en UHV-omstandigheden moeten kunnen verdragen. De glazen cel zelf bevindt zich in het kamertemperatuurgedeelte van de kamer, terwijl alleen de koude punt diep in de vacuümkamer actief wordt gekoeld .

Dit betekent dat het systeem volledige optische toegang behoudt — standaard commerciële objectieven met hoge numerieke apertuur kunnen worden gebruikt — ten koste van het feit dat atomen niet worden afgeschermd van kamertemperatuur-achtergrondstraling. De auteurs merken op dat dit compatibel is met toekomstige afscherming door microgolven bij kamertemperatuur voor Rydberg-toestandsexperimenten .

Schaalbare defectvrije arrays van tienduizenden atomen

De paper stelt expliciet dat de langere levensduur van de val direct grotere gesorteerde arrays mogelijk maakt. Omdat de sorteertijd lineair schaalt met het aantal atomen en de kans om een defectvrije array te behouden exponentieel daalt met de grootte, geeft een meerdere uren durende vacuümlevensduur voldoende tijd om grote geordende configuraties te assembleren. Met volledige optische toegang die objectieven met een groot gezichtsveld en krachtige lasers voor optische roosters met groot volume mogelijk maakt, projecteren de auteurs een realistisch pad naar defectvrije arrays van enkele tienduizenden atomen, en mogelijk meer dan 100.000 atomen .

2. Humboldt-Universität zu Berlin: hybride nanofotonische val met oppervlaktekrachten

Onderzoekers van de Humboldt-Universität zu Berlin (de groep van Prof. Arno Rauschenbeutel) hebben een hybride nanofotonische val voor koude cesiumatomen gedemonstreerd in een preprint (arXiv:2509.17767, september 2025) en het werk gepubliceerd in Nature Photonics .

Hoe het werkt

• De val gebruikt oppervlaktekrachten (Casimir-Polder-interactie plus elektrostatische ladingen op het nanovezeloppervlak) om atomen aan te trekken, terwijl een enkel blauw-verstemd evanescent laserveld afstoting biedt .
• Dit vervangt de standaard tweekleuren-dipoolval (rood + blauw) die normaal gesproken nodig is voor invangen van atomen op nanovezels. Het minimum van de val ligt op ongeveer 650 nm van het nanovezeloppervlak en heeft een diepte van ongeveer 1 μK .

Belangrijkste aangetoonde prestaties

• Atomaire opslagtijd: 140(9) ms — langer dan in de standaard tweekleuren-dipoolval, ondanks dat de hybride val aanzienlijk ondieper is .
• Ramsey-coherentietijd: 16,8(2) ms — meer dan een orde van grootte langer dan bij eerdere nanofotonische golfgeleidervallen, omdat atomen het grootste deel van hun tijd doorbrengen in lichtarme gebieden, waardoor de fasecoherentie door differentiële lichtverschuivingen wordt verminderd .

Betekenis

Het werk toont aan dat oppervlaktekrachten, die normaal gesproken als een last worden beschouwd die geminimaliseerd moet worden, kunnen worden benut als een nuttig hulpmiddel voor het invangen. Dit vereenvoudigt de optische vereisten (minder laserstralen nodig) en verbetert de coherentie aanzienlijk, wat veelbelovend is voor quantumberoepassingen quantumnetwerkknooppunten en andere nanofotonische quantumapparaten .