Optická past umožňuje bezkontaktně zachytit a manipulovat s částicemi v různém prostředí prostřednictvím světla laserů. Na obrázku je jedna částice zachycena ve vakuu v zeleném laserovém svazku. FOTO: Ústav přístrojové techniky AV ČR

Levitující nanočástice: brněnští fyzici se přibližují kvantovým technologiím

Dosud se většina experimentů se silovými účinky světla dělala v kapalině, zde však zachycený objekt intenzivně interaguje s molekulami okolní kapaliny.

Další technologický růst lidstva budou s vysokou pravděpodobností určovat kvantové technologie. Jeden z jejích směrů využívá unikátních vlastností vzájemně interagujících kvantových objektů, které však jsou maximálně izolované od okolního prostředí. Výzkumný tým z Ústavu přístrojové techniky AV ČR vyvinul originální metody, jak takové podmínky vytvořit se dvěma nanočásticemi levitujícími v optických pastech. Výsledky výzkumu otiskly časopisy Optica a Nature Communications.

Bouřlivý rozvoj nanotechnologií v minulých 20 letech již narazil na hranice platnosti klasické fyziky a další technologický krok využívá hlavně zákonů kvantové fyziky. Příkladem takových kvantových technologií jsou kvantové počítače, simulátory, ultracitlivé senzory či ultrapřesné atomové hodiny.

Jeden z rozvíjejících se směrů využívá jednotlivé kvantové částice (atomy, ionty, molekuly i relativně velké nanoobjekty složené z miliardy atomů), které spolu interagují a současně jsou zachyceny v prostoru s využitím různých typů pastí včetně laserových.

Vakuum je lepší než kapalina

Dosud se většina experimentů se silovými účinky světla dělala v kapalině, zde však zachycený objekt intenzivně interaguje s molekulami okolní kapaliny. S rozvojem kvantových technologií se pozornost předních světových laboratoří obrací k experimentům, kdy jsou objekty (nanočástice, atomy, molekuly či zdroje jednotlivých fotonů) umístěny ve vysokém vakuu a interagují s okolím pouze fotony nebo elektrickými/magnetickými poli.

„Objekty jsou zde velmi účinně izolovány od vlivu okolního prostředí a chovají se jako velmi slabě tlumený oscilátor. Jeho energii lze světlem odebírat, a tak se experimentálně přibližovat k makroskopické realizaci mechanického kvantového oscilátoru,“ vysvětluje Oto Brzobohatý z Ústavu přístrojové techniky AV ČR, vedoucí výzkumného týmu.

„Silně fokusovaný laserový paprsek funguje jako tzv. optická past, která pomocí světla mikroskopické objekty (od nanočástic po živé buňky) v prostoru drží a umožňuje s nimi manipulovat,“ dodává vědec.

Past i brána do kvantového světa

Silových účinků světla brněnští vědci využili dvojím způsobem. Jednak nanočástice zachytili lasery do světelných pastí, ale také rozptýlené světlo využili k vzájemné interakci částic a synchronizaci jejich pohybu.

„Částice rozptylují dopadající světlo, a tím mění směr proudu fotonů. Vhodná změna hybnosti fotonů vytvoří jednak optickou past, kde je částice zachycena, ale také nasměruje rozptýlené fotony k druhé částici a vytvoří mezi nimi tzv. optickou vazbu. Částice se pak chová podle toho, jak „cítí“ pohyb druhé částice. Tento trik umožňuje jednak synchronizovat pohyb nanočástic, ale také je společně brzdit a snižovat amplitudu jejich kmitů a přibližovat je „kvantovému světu,“ přibližuje Pavel Zemánek, vedoucí výzkumného oddělení Mikrofotonika z Ústavu přístrojové techniky AV ČR.

Vědci touto metodou dosáhli hodnot efektivní teploty okolo 200 milikelvinů, což je o tři řády méně, než je pokojová teplota (300 kelvinů). Při dalším zchlazení se již výrazněji projevuje kvantová povaha pohybu částic.

Následující aktivity (financované i v novém výzkumném projektu Operačního programu JAK „Kvantové technologie a nanotechnologie“) se zaměří na zachycení, chlazení a kvantovou interakci různých fyzikálních objektů (např. iontů a nanočástic) s cílem testovat nové, tzv. hybridní typy hradel pro kvantové počítače, které odstraní omezení současných platforem s jedním druhem objektů (např. iontů).

Odkaz na publikace:
https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-10-9-1203&id=537233
https://www.nature.com/articles/s41467-023-41129-5

tisková zpráva AV ČR

Umělá inteligence pomůže spolehlivěji odhalit zubní kazy

Na rozdíl od jiných medicínských oborů si zubní lékaři většinu rentgenových snímků zhotovují i interpretují …

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close