捕获单个原子有点像放养猫，这使得科罗拉多大学博尔德分校的研究人员成为猫科动物专家。在一项新研究中，由物理学家Cindy Regal领导的团队表明，可以将单个原子群组织成大型网格，其效率是现有方法无法比拟的。孤原子是利用量子物理的潜在构件，如果研究人员能够用激光捕捉并控制这些微小的物质，就能创造出行为怪异的新型材料，还可能带来量子计算机，有朝一日可能取代传统的数字处理器。
博科园-科学科普：研究人员表示，这是一个很大的“如果”,就像那些猫一样，中性原子或不带电的原子也不容易驯服:它们四处乱窜，相互碰撞，从不长时间静止不动。这就是Regal和同事的切入点，在发表在《物理评论X》(Physical Review X)上的一项研究中，科学家们报告称，使用微小的激光束，也称为“光镊”，
捕获了单个中性铷原子，捕获概率为90%。JILA大学和科罗拉多大学博尔德分校物理系的副教授Regal说：这项新研究为掌握原子的光滑动力学向前迈出了一步。量子计算机中的比特必然微小，每一件小事都给争吵带来了挑战。
（图示）红外线“光镊”装置的照片，正常情况下，这种激光器发出的光肉眼看不见。图片：Mark Brown
这篇新论文的两位主要作者之一马克布朗(Mark Brown)说：很多研究人员都可以利用这种方法。物理学研究生布朗说：这个领域的每个人都必须加载原子，所以如果你有一种更好捕捉原子的技术，那么很多人就可以利用它。到目前为止，科学家们已经采用了许多技术来加载原子，包括使用光镊。在这项技术中，研究人员首先用一系列激光束交叉捕捉漂浮的原子并使其冷却，那么是时候进行筛选了，通过仔细调整激光器的能量。科学家们发现它们可以改变原子的行为，迫使它们相互碰撞。就像淘汰野猫一样，这些碰撞把陷阱里的原子撞成两对。
（图示）利用激光捕捉技术，研究人员创建了一个10×10的孤独原子网格(彩色方块)，只有几个空点(红色方块)。图片：Brown et al. 2019
最终只剩下一个幸存的原子，至少有一半的时间是这样。如果把所有原子都踢出去，那么要么只剩下一个原子，要么没有原子。研究团队想要做得比50%的成功率更好，开始使用与原子捕捉器通常选择的颜色略有不同的激光。
这项新研究的另一位主要作者托拜厄斯·泰尔(Tobias Thiele)说：在这种新的光照下，铷原子不再发生碰撞，而是相互排斥，就像把两块磁铁的同一极压在一起一样。帝王实验室的博士后研究员蒂勒说：现在可以让其中一个原子留在陷阱里，另一个离得很远，最终陷阱里只有一个原子，十有八九是这样。
（图示）通过移动激光器，该团队能够有效地将这些行和列融合成一个完美的6×6阵列。图片：University of Colorado at Boulder
有了这种水平的控制，研究人员不仅可以分离出更多原子，而且可以更有效地组织它们。在这项新研究中，可以用现有工具的一小部分时间将这些原子组装成完美的6×6网格。包括研究生克里斯·基尔(Chris Kiehl)和徐定伟(Ting-Wei Hsu)在内的研究人员正在努力将这个数字提高，从36个被困原子增加到数百甚至数千个。这就是有趣的开始，一旦研究人员能够维持这两个甚至是三维晶格，就可以选择性地告诉单个原子通过一个叫做量子纠缠的过程与相邻原子相连。这种纠缠是量子计算机的基础，即一个原子与另一个原子基本相连。这个系统的好处是，只有在你愿意的时候，才能开启和关闭互动。
博科园｜研究/来自: 科罗拉多大学博尔德分校/Daniel Strain
参考期刊《物理评论X》
DOI: 10.1103/PhysRevX.9.011057
发表于 2019-6-9 22:29
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