„Najmniejsza na świecie gra w piłkę” pojedynczymi atomami między pułapkami świetlnymi

Naukowcy z Korei Południowej stworzyli coś, co nazywają „najmniejszą na świecie grą w piłkę”, polegającą na rzucaniu pojedynczych atomów między dwie pułapki optyczne.

Wizualizacja najmniejszej na świecie gry w piłkę, na poziomie atomowym
Wizualizacja najmniejszej na świecie gry w piłkę, na poziomie atomowym | fot. Jaewook Ahn, Korea Advanced Institute of Science and Technology

Badania mogą ostatecznie doprowadzić do powstania bardziej elastycznych i dynamicznych komputerów kwantowych. Możliwość wykorzystania laserów do pułapkowania i manipulowania pojedynczymi atomami, cząstkami, a nawet żywymi bakteriami była przełomem, za który wręczono Nagrodę Nobla. Ciśnienie promieniowania światła może być wystarczająco silne, aby poruszyć lub przytrzymać obiekty w mikroskali, tworząc pęsety optyczne, pułapki, a może nawet promienie trakcyjne.

Zobacz też: „Flet kwantowy” niebywale porusza światłem

W ramach nowego badania naukowcy z Koreańskiego Instytutu Zaawansowanej Nauki i Technologii (KAIST) opracowali sposób rzucania atomu z jednej pułapki do drugiej. Jak zwykle w przypadku tego rodzaju konfiguracji, zespół rozpoczął od schłodzenia chmury atomów rubidu do prawie zera absolutnego, a następnie uwięził je w siatce laserów dostrojonych do długości fali 800 nanometrów.

Aby je rzucić, zespół przyspieszał jedną pułapkę optyczną, a następnie ją wyłączał, aby atom zaczął latać. Aby go złapać, włączano kolejną pułapkę, aby go spowolnić, aż się zatrzyma. W testach naukowcy rzucali atomy na odległość 4,2 mikrometra z prędkością do 65 cm (26 cali) na sekundę.

Swobodnie latające atomy przemieszczają się z jednego miejsca do drugiego bez trzymania lub interakcji z pułapką optyczną. Innymi słowy, atom jest rzucany i łapany między dwiema pułapkami optycznymi, podobnie jak piłka przemieszcza się między miotaczem a łapaczem w meczu baseballowym.

– powiedział Jaewook Ahn, główny autor badania

Co intrygujące, zespół wykazał, że atomy mogą być wrzucane przez inne stacjonarne pułapki optyczne bez ingerowania w nie lub bez interakcji z innymi atomami po drodze. Oznacza to, że może to być skuteczna technika przenoszenia atomów.

Często napotykaliśmy błędy w aranżacji, które powodowały uszkodzenie macierzy. Chcieliśmy znaleźć skuteczny sposób naprawy wadliwej macierzy bez konieczności przenoszenia dużej liczby atomów, ponieważ mogłoby to skutkować jeszcze większą liczbą defektów.

— powiedział Ahn

Technikę tę można również wykorzystać do stworzenia bardziej dynamicznych komputerów kwantowych, umożliwiając przemieszczanie kubitów informacji względem siebie. Wcześniej jednak zespół planuje kontynuować prace nad poprawą wskaźnika powodzenia tworzenia swobodnie latających atomów powyżej ok. 94%.

Badania zostały opublikowane w czasopiśmie Optica.

➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!

źródło: Optica | Phys.org | New Atlas