Kwantowe pomiary ultrazimnych atomów
Układy atomowe przypominają małe eksperymentalne skrzynki narzędziowe do badania świata kwantowego. Podczas gdy układ półprzewodnikowy manipuluje elektronami poruszającymi się wewnątrz, układ atomowy wychwytuje, manipuluje i mierzy atomy unoszące się w mikroskopijnej odległości poza nim w ultrawysokiej próżni. Atomy uwięzione przez takie układy mogą być superschładzane do poziomu, w którym ich pozycję i prędkość można kontrolować. Te ultrazimne atomy, elementy ultrazimnych gazów, są wykorzystywane w licznych eksperymentach badających przetwarzanie informacji kwantowej oraz w metrologii kwantowej, czyli zastosowaniu technik kwantowych do zwiększenia statystycznej dokładności pomiarów. Europejscy naukowcy zainicjowali projekt "Obrazowanie fluorescencyjne atomów w rozdzielczości przestrzennej" (SRAFI) w celu zastosowania nowatorskiej techniki obrazowania fluorescencyjnego, umożliwiającej wizualizację pojedynczych atomów w badaniu fluktuacji gęstości w gazach Bosego. Wstępne badania koncentrowały się na skutecznym wdrożeniu detektora pojedynczych atomów opartego na detekcji fotonów rozpraszanych przez atomy podczas przechodzenia przez cienką warstwę światła na trajektorii ruchu. Następnie zespół SRAFI zastosował metody wykrywania, by zbadać zdegenerowane kwazi-jednowymiarowe (1D) gazy Bosego. Degeneracja w gazach Bosego (gazy złożone z bozonów, które tworzą nowy stan materii, kondensat Bosego-Einsteina, po ochłodzeniu do bardzo niskiej temperatury) jest związana z zanikiem korelacji normalnie obserwowanej między prawdopodobną lokalizacją danej cząsteczki w gazie w odniesieniu do lokalizacji innej cząsteczki. Innymi słowy, pozycje stają się nieskorelowane. Naukowcy przebadali zarówno fluktuacje gęstości w czasie lotu po uwolnieniu zimnych atomów jednowymiarowych gazów Bosego z układu atomowego, jak również procesy relaksacyjne kolizji, przy czym te ostatnie dostarczyły informacji na temat energii i pędu w optyce kwantowej. Wreszcie, zespół dokładnie zmierzył energię sprzęgania tzw. jednowymiarowych bozonowych złączy Josephsona dla gazów ultrazimnych, co konwencjonalnie jest bardzo trudne w pomiarze doświadczalnym. Wyniki projektu SRAFI przyczyniają się do poznania materii na poziomie kwantowym i mogą znaleźć przyszłe zastosowanie w przetwarzaniu informacji kwantowej.
