Dazu wird der Laserstrahl so fokussiert, dass er einen Taille bekommt, also eine schmalste Stelle hat (Bild von Wikipedia):
Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2434823
Da hier das elektrische Feld am stärksten ist, wird das Glas-Kügelchen davon angezogen (generell bewegen sich elektrische Isolatoren – vornehm Dielektrika genannt – in Richtung hoher elektrischer Felder). Zusätzlich wird das Licht am Teilchen (ich merke gerade, dass ich ab hier immer “Teilchen” statt “Glaskügelchen” geschrieben habe, ich hoffe, das verwirrt niemanden – wenn’s hier ne Suche-Ersetz-Funktion gäbe, seufz…) gestreut und übt dabei ebenfalls eine Kraft aus. Insgesamt wird damit das Teilchen in eine Position gedrängt, die ein bisschen oberhalb der Taille des Laserstrahls liegt (wenn der Strahl von unten kommt). Eine schicke Erklärung mit ein paar Animationen findet ihr in Karlsruhe, am neumodisch umgetauften KIT. Das ganze passiert übrigens in destilliertem Wasser, es ist also nicht so, als würde das Kügelchen schweben. Das Wasser brauchen wir gleich auch noch.
Mir sind die Details hier eigentlich egal, wichtig ist, dass unser Kügelchen eine Position hat, die energetisch am günstigsten ist. Hier wird es sich also aufhalten, wenn es zur Ruhe gekommen ist.
Um jetzt einen Speicherbaustein mit diesem Teilchen herzustellen, müssen wir natürlich irgendwie eine Information abspeichern können. Dazu wird der Laser in schneller Folge (viel schneller als das Teilchen ihm folgen könnte) zwischen zwei Positionen hin- und hergewechselt. Dadurch gibt es zwei energetisch günstige Orte, an denen das Teilchen sich aufhalten kann, entweder links oder rechts:
Aus Berut et al., s.u.
Die Position des Teilchens kann deshalb als Informationsspeicher dienen – links ist Null, rechts ist Eins (oder andersrum, wie ihr wollt).
Nehmen wir jetzt an, wir hätten Information mit unserem Teilchen gespeichert und wollen diese wieder löschen. Wir wollen also das Teilchen ganz definiert in eine bestimmte Position bringen, sagen wir nach rechts (Speicherwert 1) – und zwar so, dass es auf jeden Fall rechts landet, egal, wo es vorher war. Sonst müssten wir das ja nachgucken und dann haben wir – wie beim Maxwellschen Dämon – wieder Information anderswo erstellt, die wir dann auch wieder löschen müssten.1
1Natürlich wird hier im Experiment tatsächlich immer nachgeguckt, wo das Teilchen ist, aber die Information wird zum Löschen nicht verwendet; am Löschprozess würde sich nichts ändern, wenn man das Teilchen nicht beobachtet.
Das lässt sich erreichen, indem wir es dem Teilchen leicht machen, zwischen den beiden Positionen zu wechseln und zwar so, dass die rechte Position am Ende bevorzugt wird. Das geht so:
Aus Berut et al., s.u.
Wir senken also erstmal die Potentialbarriere zwischen den Zuständen, dann “kippen” wir das Potential so, dass das Teilchen nach rechts wandert. Anschließend heben wir die Barriere in der Mitte wieder an und senken das Potential links ab.
Falls ihr wissen wollt, wie man das technisch mit dem Laser genau macht, habe ich eine schlechte Nachricht für euch: Die Feinheiten der Lasermanipulation habe ich mir nicht angeschaut – das habt ihr davon, wenn ihr den Blog eines theoretischen Physikers lest. Das “Kippen” des Potentials erreicht man einfach dadurch, dass man eine leichte Strömung einbringt, die das Teilchen nach rechts “schwemmt”. Diese Strömung wird im Laufe der Zeit erhöht und dann wieder abgestellt.
Viel interessanter als irgendein technisches Gebastel ist ja auch die fundamentale Physik bei der Angelegenheit. Wenn wir das Glaskügelchen ganz definiert nach rechts bekommen wollen, dann müssen wir das Potential hinreichend stark kippen. Kippen wir es nur minimal, dann kann das Teilchen durch seine thermische Energie (die ja nichts anderes ist als Bewegungsenergie) auf der linken Seite bleiben. Das ist nichts anderes als die berühmte Brownsche Molekularbewegung, bei der die umliegenden Wassermoleküle das Teilchen zufällig mal in die eine, mal in die andere Richtung schubsen.
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