Atomfanger i verdenstoppen

Hvordan fange atomer til fremtidens datamaskiner? Løsningen kan komme fra London, Graz, Trondheim og Molde.
3.5 2014 05:00


Han foreslo for nobelprisvinneren hvordan det er mulig å holde atomene fanget lenger. Per Kristian Rekdal er opptatt av at det går an å forske på høyt nivå selv på en liten skole.

I Molde sitter Per Kristian Rekdal og forsker på kvanteoptikk. I første omgang blir resultatet superkjappe datamaskiner. Men i tillegg kan forskningen bli viktig på områder som vi ikke er i stand til å forutse i dag.

Førsteamanuensis Rekdal er ett av bevisene på at det er mulig å forske på høyt nivå selv om høgskolen er liten, bare du har gode folk å samarbeide med. Og internett, selvsagt.

Holder på atomene

Sammen med kolleger på Imperial College i London, NTNU og universitetet i Graz har han blant annet arbeidet med å fange og holde på atomer over en atom-chip i en datamaskin. Dersom chipen består av vanlig metall, greier man bare å holde på atomene i noen sekunder etter at de er fanget.

Rekdal og kollegene har vist hvordan det er mulig å få langt bedre resultater med superledere:

– Bytter vi ut det vanlige metallet med en superleder og kjøler ned, så er det mulig å holde på atomene lenger enn universets levealder, forklarer han.

Men hvorfor fange atomer? I øyeblikket ligger svaret på nett. Atomene som fanges, er de som kan gjøre det mulig å bygge kvantedatamaskiner; maskiner som er så raske at de kan regne ut i løpet av en brøkdels sekund det som dagens maskiner trenger millioner av år på.

– I dag er verdensrekorden å fange 14 atomer samtidig. Hvis du greier å fange og kontrollere 100 atomer, vil du ha tilgang til flere tilstander enn det er partikler i det synlige universet, sier Rekdal.

Dagens datamaskiner bygges opp av digitale bits som har bare har to mulige tilstander, og bare én av gangen, omtrent som en av-/på-bryter.

Kvantedatamaskinen bygges opp av bits som har et stort antall tilstander, og kan ha alle samtidig. Dermed går alt uhorvelig mye raskere.

Kvantedatamaskin og telefonliste

Det er vanskelig å forstå hvordan det fungerer i praksis, men Rekdal sammenligner det med om du skulle miste navnene i telefonlisten på mobilen din. Du har lagret 100 nummer, men husker ikke hvem som har hvilket.

Når du skal ringe moren din, som du vet at har ett av de 100 numrene, så blir fremgangsmåten din for å finne riktig nummer, den samme som digitale bits bruker til å gjøre riktige beregninger.

Du ringer det første nummeret, hører hvem som svarer, konkluderer med «ja» eller «nei», og om svaret var «nei», så fortsetter du å ringe ett og ett nummer helt til du kommer riktig.

– En kvantedatamaskin ville istedet kunne ringe alle 100 numrene samtidig, og dermed finne det riktige svaret mye raskere, illustrerer han.

Nobelpris-sitert

I 2012 delte franske Serge Haroche og amerikanske David Wineland Nobelprisen for arbeidet med å måle og styre slike kvantepartikler uten at de blir ødelagt. I arbeidene som gjorde at han fikk prisen, har Haroche sitert Per Kristian Rekdal og kollegene i alt 14 ganger.


Serge Haroche delte Nobelprisen med amerikanske David J. Wineland.

– Det er ganske unikt at norske fysikere blir sitert i så stor grad, sier Rekdal selv. På kontordøren hans henger det Nobelpris-bilder, og han legger ikke skjul på at han er stolt over å ha blitt sitert.

– Jeg skjønner hvor jeg er i verden, sier han, og gir mye av æren til de andre forskerne han har møtt på Imperial College London, og til hans kollega og tidligere veileder Bo-Sture Skagerstam.

– Men poenget er at det er mulig å sitte her i Molde med lite budsjett og likevel få være med på noen innhopp i Champions League. Hvis du har gode folk å samarbeide med og internett, kan du sitte på en høgskole som her i Molde og drive med forskning sammen med kolleger i den store verden.

Fundamentale spørsmål

– Hvis vi skal få svar på de virkelig store spørsmålene, så må vi være villige til å ha en risikosatsing på forskning som har med fundamentale spørsmål å gjøre. Forskning der man ikke kan gå inn og definere at «om fire år er det dette som skal være resultatet». Fundamentalforskning der du ikke definerer sluttproduktet, kan bli viktig, sier han selv.

Du ser ikke umiddelbare, kommersielle gevinster av slik forskning. Men i det lange løp kan den være basis for mange produkter og mye ny, anvendelig kunnskap.

– Faraday fikk spørsmål om hva som var vitsen med elektrisitet. Jeg får spørsmål i mine timer om hva som er vitsen med kvanteoptikken. Slik forskning er viktig, selv om det kan gå mange tiår uten at du vet hva du kan bruke det til, ifølge Rekdal.

Referanser:

G. Nogues, C. Roux, T. Nirrengarten, A. Lupaşcu, A. Emmert, M. Brune, J.-M. Raimond, S. Haroche, B. Plaçais, J.-J. Greffet, Effect of vortices on the spin-flip lifetime of atoms in superconducting atom-chips, Europhysics Letters 2009, doi: 10.1209/0295-5075/87/13002

C. Roux, A. Emmert, A. Lupaşcu, T. Nirrengarten, G. Nogues, M. Brune, J.-M. Raimond, S. Haroche, Bose-Einstein condensation on a superconducting atom chip, Europhysics Letters 2008, doi : 10.1209/0295-5075/81/56004
Sammendrag

A. Emmert, A. Lupaşcu, G. Nogues, M. Brune, J-M. Raimond, S. Haroche, Measurement of the trapping lifetime close to a cold metallic surface on a cryogenic atom-chip, The European Physical Journal D 2009, doi: 10.1140/epjd/e2009-00001-5
Sammendrag

P.K. Rekdal, S. Scheel, P.L. Knight, E.A. Hinds, Thermal spin flips in atom chips, Physical Review 2004, doi: 10.1103/PhysRevA.70.013811

B.-S. Skagerstam, U. Hohenester, A. Eiguren, P.K. Rekdal, Spin Decoherence in Superconducting Atom Chips, Physical Review Letters 2006, doi: 10.1103/PhysRevLett.97.070401

forskning.no ønsker en åpen og saklig debatt. Vi forbeholder oss retten til å fjerne innlegg. Du må bruke ditt fulle navn. Vis regler

Regler for leserkommentarer på forskning.no:

  1. Diskuter sak, ikke person. Det er ikke tillatt å trakassere navngitte personer eller andre debattanter.
  2. Rasistiske og andre diskriminerende innlegg vil bli fjernet.
  3. Vi anbefaler at du skriver kort.
  4. forskning.no har redaktøraransvar for alt som publiseres, men den enkelte kommentator er også personlig ansvarlig for innholdet i innlegget.
  5. Publisering av opphavsrettsbeskyttet materiale er ikke tillatt. Du kan sitere korte utdrag av andre tekster eller artikler, men husk kildehenvisning.
  6. Alle innlegg blir kontrollert etter at de er lagt inn.
  7. Du kan selv melde inn innlegg som du mener er upassende.
  8. Du må bruke fullt navn. Anonyme innlegg vil bli slettet.

Annonse