Onderzoekers zijn er al jaren eerder in geslaagd om afbeeldingen op te slaan in een wolkje rubidiumatomen. Nu zijn ze een stap verder gegaan.
Voor kwantuminternet en kwantumcommunicatie in het algemeen is het nuttig om kwantuminformatie op te kunnen slaan. Een van de bruikbaarder manieren om dit te doen houdt fotonen en kleine wolkjes rubidiumgas in. Rubidium is een zacht, zwaar metaal met een zeer laag smeltpunt van 39 graden. Het lijkt chemisch op natrium en kalium: rubidium is een alkalimetaal.
De elektrische energieniveaus van rubidiumatomen gaan zich splitsen in een magnetisch veld, ook wel bekend als het Zeeman-effect, waardoor er een complex oerwoud aan nieuwe energieniveaus ontstaat. Als het veld weer wordt uitgeschakeld, veranderen de rubidiumatomen weer in hun eenvoudige vorm. Een manier om fotonen op te slaan is ze in een wolkje rubidiumatomen te leiden en het magnetische veld aan te schakelen. Als de fotonen een golflengte hebben die overeenkomt met één van de nieuwe energieniveaus in de rubidiumatomen, dan worden ze geabsorbeerd. Althans: zolang het veld aan blijft staan. Zodra het magneetveld uit wordt geschakeld, komen de fotonen – met de kwantuminformatie die ze dragen – weer vrij. Kortom: hiermee is sprake van een fotonisch geheugen.
- De proefopstelling. Klik voor een vergroting. Bron: artikel
Inderdaad blijkt deze techniek in de praktijk te werken. De resultaten zijn indrukwekkend te noemen. Niet alleen afzonderlijke fotonen, maar complete afbeeldingen zijn in de gaswolkjes op te slaan. Hiervoor plaatsen de experimentatoren een matrijs met openingen in de vorm van de afbeelding die ze op willen slaan. De opslag duurt tientallen microseconden en afbeeldingen kunnen met een nauwkeurigheid tot 87-88 procent worden opgeslagen. Veel langer dan dat lukt niet, omdat de atomen in het hete rubidiumgas van hun plaats bewegen.
Quentin Glorieux en zijn collega’s van het National Institute of Standards and Technology in het Amerikaanse Maryland hebben nu de volgende stap gezet. Ze hebben precies deze techniek gebruikt om twee afbeeldingen tegelijkertijd op te slaan. De afbeeldingen zijn de letters T en N. De plaatjes die hierboven worden getoond, afkomstig van een hogesnelheidscamera die foto’s met 100 nanoseconde tussenpoos neemt, laten zien hoe de afbeeldingen een voor een vrij worden gegeven door het gas. Het is dus mogelijk om in dezelfde atomen meerdere plaatjes op te slaan en een kort filmpje in een atomisch geheugen op te slaan.
Deze afbeeldingen zijn eerder in omgekeerde volgorde opgenomen.Last in, first out: de film loopt dus terug in de tijd. Tot nu toe is dit alleen gelukt bij vastestof-media, zoals holografische geheugens. Het lijkt er nu echter op dat wolkjes rubidiumgas over indrukwekkende soortgelijke eigenschappen beschikken.