In het laboratorium van de Universiteit Stuttgart werden atomen, die in normale toestand niet groter zijn dan stofdeeltjes, plotseling reuzen. Hun elektronenbanen bereikten een diameter van 1,1 micrometer — tienduizend keer groter dan die van gewone atomen. Juist zulke 'opgeblazen' Rydberg-atomen stelden fysici in staat om tegelijkertijd drie wereldrecords te verbreken.
De sleutel tot het succes is de overgang naar cirkelvormige Rydberg-toestanden bij kamertemperatuur. Voorheen was koeling met vloeibaar helium nodig om tegen warmtestraling te beschermen. Het team onder leiding van professor Tilman Pfau en doctor Florian Meinert schermde de atomen af tegen zwartlichaamsstraling en bereikte een levensduur van 11 milliseconden — twintig keer langer dan eerdere resultaten. Tegelijkertijd registreerden zij een recordopslagtijd in optische pincetten — 133 milliseconden.
Rydberg-atomen wisselen op een afstand van vijf micrometer met elkaar in wisselwerking — een enorme afstand naar atomaire maatstaven. Dit maakt het mogelijk om ze in geordende arrays te rangschikken en de wisselwerking nauwkeurig te controleren, wat cruciaal is voor kwantumsimulators. Neutrale atomen in optische pincetten gelden al als een van de meest veelbelovende platforms voor schaalbare kwantumapparaten.
De prestatie is niet alleen belangrijk voor de fundamentele wetenschap. Een lange opslagtijd van kwantuminformatie verkleint de kans op fouten bij berekeningen, en werken bij kamertemperatuur haalt de belangrijkste barrière voor praktische toepassing weg. De onderzoekers merken op dat hun methode voortbouwt op een fysisch idee uit de jaren 1980, maar aangepast aan moderne kwantumplatforms.
In de komende jaren is de groep van plan op deze basis krachtigere kwantumsimulators, computers en zeer nauwkeurige sensoren te bouwen. De publicatie in Nature Communications bevestigt: drie records zijn geen toeval, maar een systematische doorbraak die het tijdperk van betrouwbare kwantumtechnologie dichterbij brengt.
