hopf knoop

De demonstratie van een Hopf-knoop bij een kwantumgas door een Fins-Amerikaans wetenschapsteam kan de weg plaveien voor de eerste echte kwantumcomputer.

hopf knoop

Wetenschappers hebben uitgevogeld hoe ze kwantummaterialen in een knoop kunnen leggen, letterlijk. Onderzoekers van de Finse Aalto universiteit en het Amerikaanse Amherst College demonstreerden de mogelijkheid met een kwantumgas dat de naam Bose-Einstein condensaat draagt.

Oneindige ring

Dergelijke gas bestaat enkel op absolute nultemperaturen (-273,15°C). Het team slaagde erin om het materiaal in een zogenaamde Hopf Fibration te krijgen, geen traditionele zeemansknoop maar een oneindige ring. Over een dergelijke formatie hebben wetenschappers lang getheoretiseerd, maar de Fins-Amerikaanse samenwerking is de eerste die een dergelijke structuur effectief creëerde. De doorbraak zou van goud waard kunnen zijn voor de verdere ontwikkeling van de kwantumcomputer, aangezien de structuur kan leiden tot stabiele systemen.

Magnetische manipulatie

Om de Hopf Fibration te bekomen, gebruikten de onderzoekers een magnetisch veld om de gasdeeltjes eerst in een “kwantum veld” te verdelen met één richting. Vervolgens pasten ze het magnetische veld aan zodat deze zich concentreerde in één punt in het midden van het veld. De deeltjes herschikten zich in een Hofp knoop in minder dan een duizendste van een seconde. Het resultaat: een oneindige link van ringen die moeilijk te breken is.

Kwantumkunst

De ontwikkeling van een echte kwantumcomputer is tot nu toe nog altijd niet gerealiseerd. Kwantumtoestellen draaien op qubits in plaats van bytes: deeltjes die tegelijkertijd 0 en 1 kunnen representeren in het binaire digitale systeem. Hierdoor verlopen verwerkingen veel sneller, in theorie. De stabiliteit van de qubits vormt een groot struikelblok. Juist door die ambigue eigenschap waardoor ze uitermate geschikt zijn voor supersnelle berekeningen, zijn de deeltjes ook heel vlug verstoord. Het is de kunst om ze lang genoeg de in de kwantumtoestand te kunnen houden om berekeningen te kunnen uitvoeren. De aangetoonde Hopf knoop zou daarbij kunnen helpen.