Nové Centrum excelence na katedře optiky: unikátní hra s atomy

Realizaci dvou unikátních fyzikálních experimentů studujících klasické a kvantové interakce v nanosvětě umožní nové Centrum excelence, které začátkem roku propojilo týmy olomoucké katedry optiky a brněnského Ústavu přístrojové techniky Akademie věd. Výzkum v této oblasti se rozběhl v Česku vůbec poprvé.

Úkolem nového Centra excelence pro klasické a kvantové interakce v nanosvětě je uvést v českém prostředí nové dlouhodobé experimentální směry – kvantovou mechaniku chycených iontů a nelineární mechaniku s opticky zachycenými nanočásticemi. Očekává se, že interdisciplinární výzkum povede k fundamentálním objevům a technologickému rozvoji, který bude aplikovatelný v oblasti nanotechnologií a kvantových technologií.

„Cílem centra je vystavět dva unikátní experimenty a současně navrhnout, a po té na nich realizovat, dva pilotní testy kontroly mechanického stavu atomových a nanoskopických objektů,“ uvedl vedoucí olomoucké skupiny Radim Filip.

Výzkum na olomoucké katedře optiky se tak podle něj posunul novým významným směrem a oba experimenty představují velkou výzvu pro celý společný interdisciplinární tým. „Až se tyto experimenty za pár let rozjedou, kvantová a nelineární optika v Česku neskutečně rozšíří své možnosti a překoná řadu současných omezení,“ zdůraznil Filip.

Iont chycený do pasti

Prvním připravovaným experimentem bude iont vápníku chycený ve vakuu pomocí elektrických polí, jehož kvantový pohyb bude možné ovládat laserovými paprsky. „Dosud u nás pracovaly podobně zaměřené kvantové experimenty pouze se světlem, nyní jde o první český experiment, v němž budeme studovat také interakci světla a látky na atomární úrovni.“ přiblížil průběh experimentu vědecký pracovník Lukáš Slodička, který se bude na experimentu podílet.

Atomy zachycené v pasti elektrických polí mají podle něj velkou důležitost pro výzkum v oblasti metrologie. „Systémy s chycenými ionty izolovanými od okolního prostředí, které zároveň interagují s laserovým zářením, představují nejmodernější uspořádání pro experimentální studium kvantové mechaniky. Zároveň jsou v současné době považovány za jedny z nejlepších kandidátů pro realizaci ultrapřesných měření nebo kvantového počítání,“ popsal Slodička.

Zaměření druhého experimentu bude obdobné, soustředit se ale bude na studium interakcí větších shluků molekul a laserovým svazkem. „Tato oblast má v současnosti už několik aplikací. Používá se například v medicíně pro transport vybraných částic,“ doplnil Slodička.

Zkušenosti s obdobnými systémy sbíral Slodička v průběhu svého doktorandského studia na Univerzitě v Innsbrucku. „Je obrovské štěstí přijít z excelentní laboratoře v zahraničí a mít možnost zúčastnit se takové stavby v České republice,“ dodal Slodička.

Unikátní experimenty jako příležitost pro mladé vědce

Společný interdisciplinární tým sdružuje odborníky z oblasti teoretické a experimentální fyziky i odborníky z dalších oborů. „Zatímco olomoucká katedra optiky dodává především fyzikální znalosti a teoretickou invenci, brněnský ústav nabízí experimentální a technické zázemí a inženýrské zkušenosti. Tam také budou první prototypy zařízení zkonstruovány,“ uvedl Filip.

Za významný aspekt ojedinělých fyzikálních experimentů podkládá vedoucí olomouckého týmu možnost zapojení mladých vědeckých posil a studentů. „Je to pro ně především příležitost získat přístup k unikátním technickým a fyzikálním možnostem. Jim je tento směr plně otevřen,“ dodal Filip.

Centrum excelence pro klasické a kvantové interakce v nanosvětě získalo podporu Grantové agentury České republiky ve výši 90 milionů korun. Výzkumné a experimentální práce jsou naplánovány na dobu příštích pěti let.