Når lyset kurver — den overraskende opdagelse, der kan ændre kvantecomputere

Har du lagt mærke til det der tilfredsstillende øjeblik, hvor en bordtennisspiller servicer og bolden pludselig bøjer af i en helt anden retning? Det er Magnus-effekten i aktion — spin på bolden skaber en trykforskel i luften, og vupti, så kurver den.

Godt, så tag dig sammen, for fysikere har lige opdaget noget ret forbløffende: lys kan også kurve.

Vent, vent, vent — før du begynder at sætte spørgsmålstegn ved alt, hvad du lærte i fysiktimerne, så lad mig forklare, hvad der skete.

Et internationalt hold på Paul Scherrer Instituttet i Schweiz lavede nogle temmelig sofistikerede eksperimenter med en enkelt calcium-ion (altså én lillebitte elektrisk ladet atom). De fangede den i en speciel elektromagnetisk fælde og sendte derefter en laserstråle mod den.

Og her bliver det interessant.

De forventede, at ionen ville interagere stærkest med den mest intense del af laserstrålen. Det giver jo mening, ikke? Mere lys = mere interaktion. Men sådan gik det altså ikke.

I stedet skete den stærkeste interaktion en smule til siden for strålens centrum. Ikke ret meget — vi taler om hundredvis af nanometer, hvilket er mindre end et støvkorn. Men alligevel: til siden?

Forskerne kalder dette for den optiske Magnus-effekt, og det er i bund og grund lysets version af det, der sker, når en spinning bold kurver gennem luften. Ret sejt, ikke?

Hvorfor skulle du overhovedet interessere dig for det?

Okay, her bliver det virkelig interessant — og lidt nervøst.

Du har sikkert hørt, at kvantecomputere er ret vigtige. De her maskiner bruger lasere til at kontrollere qubits (kvanteequivalenten til almindelige computerbits) med utrolig præcision. Hele systemet afhænger af at ramme præcis det rigtige sted på præcis det rigtige tidspunkt.

Men hvis denne optiske Magnus-effekt eksisterer — og nu ved vi, at den gør — betyder det, at vores lasere måske interagerer en anelse off-center fra der, hvor vi tror, de gør. Og det kan introducere små fejl i kvanteberegninger.

"Alle småting tæller, når man arbejder på kvanteskala," bemærkede forskerholdet. "At ignorere denne effekt kan påvirke vores præcision."

Men vent — der er håb!

Her er det vedkommende ved videnskabelige opdagelser: hver mønt har to sider.

Forskerne påpegede også, at denne effekt faktisk kan være nyttig. De sideværts kræfter, der genereres af det krummede lys, kan potentielt udnyttes til at koble qubits sammen og muliggøre mere komplekse kvanteberegninger.

Så måske er denne "curveball" ikke en fejl — måske er det en funktion, vi bare ikke vidste eksisterede før nu.

Den kreative del

Det, jeg elsker ved denne historie, er hvordan forskerne beviste, at effekten eksisterede. De essentially forvandlede en enkelt indespærret calcium-ion til en mikroskopisk sensor. Ved at bevæge ionen gennem forskellige dele af laserstrålen og måle interaktionen ved hver position kunne de "mærke" lysets struktur.

Tænk over det et øjeblik. De brugte et atom mindre, end du overhovedet kan forestille dig, til at kortlægge en usynlig lasers stråles form. Hvor sejt er det ikke?

Målingerne afslørede også noget uventet: størrelsen af dette sideværts skift afhænger kun af lysets bølgelængde, ikke af hvor tæt strålen er fokuseret. Fysikerne på Universiteit van Amsterdam havde forudsagt denne effekt teoretisk for år tilbage, men ingen havde faktisk set den før nu.

Opsummering

Så hvad har vi lært i dag? Lys kan kurve. Atomer kan fungere som sensorer. Og nogle gange kommer de mindste overraskelser fra den mest fundamentale fysik.

Jeg ved ikke med dig, men jeg er oprigtigt spændt på at se, hvordan denne opdagelse former fremtiden for kvantecomputere. Vil denne kurve forvirre os, eller vil vi finde en måde at udnytte den? Uanset hvad, er det en påmindelse om, at selv på områder, hvor vi tror, vi forstår alt, er der altid plads til, at universet kaster en curveball mod os.

(Og ja, jeg lavete den pungen med vilje.)

Kilde: ScienceDaily