Tysk forskning forbedrer kvantedatamaskiner: atomer fanget i rekordlange to timer

Kryostatdesigninnovasjon: full optisk tilgang uten komplekse kryogene kabinetter

Den viktigste designinnsikten er at all avbildnings- og pinsettoptikk er plassert utenfor glasscellen og opererer ved romtemperatur i luft. Dette unngår behovet for tilpassede vakuumkompatible, kryogenkompatible objektiver som må tåle termisk sammentrekning og UHV-forhold. Glasscellen selv sitter i romtemperaturdelen av kammeret, mens bare den kalde spissen dypt inne i vakuumkapslingen aktivt avkjøles .

Dette betyr at systemet bevarer full optisk tilgang – standard kommersielle høy-NA objektiver kan brukes – på bekostning av å ikke skjerme atomer fra romtemperatur svartkroppsstråling. Forfatterne bemerker at dette er kompatibelt med fremtidig romtemperatur mikrobølgeskjerming for Rydberg-tilstandseksperimenter .

Skalerbarhet mot feilfrie matriser av titusenvis av atomer

Artikkelen sier eksplisitt at den lengre fangstlevetiden direkte muliggjør større sorterte matriser. Fordi sorteringstiden skalerer lineært med atomnummeret og sannsynligheten for å opprettholde en feilfri matrise synker eksponentielt med størrelsen, gir en flertimers vakuumlevetid nok tid til å sette sammen store ordnede konfigurasjoner. Med full optisk tilgang som muliggjør objektiver med stort synsfelt og høyeffektslasere for storvolum optiske gitter, spår forfatterne en realistisk vei mot feilfrie matriser på flere titusenvis av atomer, og potensielt over 100 000 atomer .

2. Humboldt-Universität zu Berlin: hybrid nanofotonisk felle ved bruk av overflatekrefter

Forskere ved Humboldt-Universität zu Berlin (gruppen til Prof. Arno Rauschenbeutel) demonstrerte en hybrid nanofotonisk felle for kalde cesiumatomer i en preprint (arXiv:2509.17767, september 2025) og publiserte arbeidet i Nature Photonics .

Hvordan det fungerer

• Fellen bruker overflatekrefter (Casimir–Polder-interaksjon pluss elektrostatiske ladninger på nanofiberoverflaten) for å tiltrekke atomer, mens et enkelt blåforskjøvet evanescerende laserfelt gir frastøting .
• Dette erstatter den standard tofargede (rød + blå) dipolfellen som vanligvis kreves for nanofiberbasert atomfangst. Felleminimumet sitter ~650 nm fra nanofiberoverflaten og har en dybde på ~1 μK .

Nøkkelytelse demonstrert

• Atomlagringstid: 140(9) ms – lengre enn i standard tofarget dipolfelle, til tross for at hybridfellen er betydelig grunnere .
• Ramsey-koherenstid: 16,8(2) ms – over en størrelsesorden lengre enn tidligere nanofotoniske bølgelederfeller, fordi atomer tilbringer mesteparten av tiden i områder med lite lys, noe som reduserer dekoherens fra differensiell lysforskyvning .

Betydning

Arbeidet viser at overflatekrefter, normalt ansett som en plage som må minimeres, kan utnyttes som et nyttig verktøy for fangst. Dette forenkler de optiske kravene (færre laserstråler nødvendig) og forbedrer koherensen dramatisk, noe som gjør det lovende for kvanteminner, kvantenettverksnoder og andre nanofotoniske kvanteenheter .