Chips kun je koelen met laserlicht

Bij supergeleiding en kwantumcomputers schieten vaak onmiddellijk enorme installaties in gedachten. De futuristisch aandoende metalen objecten met buisjes en draadjes zijn eigenlijk de cryostaat - het omhulsel dat er voor moet zorgen dat de processen daarbinnen dicht tegen het absolute nulpunt van min 273 graden kunnen plaatsvinden. Het eigenlijke kwantumproces speelt zich doorgaans af op een oppervlak dat niet veel groter is dan enkele vierkante centimeters.

Nu ligt het niet voor de hand dat er een kwantumcomputer in onze smartphones komt. Maar Marko Erman CTO van Thales verwacht dat sensoren op basis van kwantumtechnologie al binnen enkele jaren hun intrede zullen doen. Kwantumsensoren zijn vele malen nauwkeuriger en gevoeliger. Erman sprak gisteren op de InnovDays van het samenwerkingsverband van Thales, het Franse Centre National de a Recherche Scientifique (CNRS) op de campus van de Université Paris-Saclay. 

Koelen met licht

Het koelingsaspect is echter nog wel een probleem. Wetenschappers van Thales en CNRS lieten gisteren een manier zien om dat probleem aan te pakken, namelijk met laserlicht. Dat klinkt paradoxaal want licht associëren we eerder met warmte dan met koeling. De aanpak berust op het principe dat hoe warmer atomen zijn hoe sneller ze bewegen. Door ze af te remmen koel je ze. Dat kan zo ver tot ze helemaal niet meer bewegen op het absolute nulpunt.

Door met een laser fotonen van twee kanten af te vuren op een atoom, wordt het atoom geremd in zijn beweging. Als dit zo'n 300 miljoen keer per seconde gebeurt, ontstaat een significant effect op de trilling van het atoom. Het is zelfs mogelijk zo een temperatuur van een miljardste graad boven het absolute nulpunt te bereiken. De basis voor dit principe (pdf) werd gelegd door Claude Cohen-Tannoudji, die daar in 1997 de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor kreeg.

Optimaliseren en miniaturiseren

Thales heeft dit in een laboratorium-opstelling werkend. De opstelling vult op dit moment een flink deel van een kamer omdat de spiegels en lenzen nodig om de laser zo goed mogelijk te richten nog zo groot zijn dat ze makkelijk met de hand kunnen worden bijgesteld voor optimalisatie-experimenten. Uiteindelijk is het echter heel goed mogelijk dit na te bouwen met optische componenten die passen op een chip, legt onderzoeker Julien Kermorvant uit. Zo kan de techniek worden ingezet bij een sensor als onderdeel van het internet of things.