Атомный бейсбол

Ученые давно научились захватывать мельчайшие частички вещества с помощью света. Оптические ловушки, они же оптические пинцеты, — хорошо известные технологии удержания отдельных атомов фокусированным лазерным пучком. С его помощью можно даже переместить выбранный атом в нужное место. Методы эти постоянно развиваются. Недавно появилась новая работа, посвященная им. Под руководством доктора Евука Ана (Jaewook Ahn) ее выполнили физики из Корейского института передовых технологий в Таджоне.

С помощью пинцета ученым впервые удалось кинуть и поймать одиночный атом. Охлажденные почти до абсолютного нуля атомы рубидия летали со скоростью в десятки сантиметров в секунду на микронные расстояния, на порядки превышающие их собственные размеры. Оптические ловушки физики создавали с помощью инфракрасного лазера. Для броска ловушку ускоряли, а затем выключали лазер. Освобожденный атом продолжал движение и попадал в другую ловушку, включенную в нужный момент. Сначала она замедляла атом, а затем останавливала его.

Авторы проверили возможности нового метода в нескольких экспериментах. Интересно, что брошенный атом может свободно пролетать через неподвижную ловушку с захваченными атомами, не взаимодействуя с ними. Экспериментаторам удалось даже выстраивать атомы в ряды. Опыты показали, что успех достигается в 94 случаях из 100.

Исследование было частью большого проекта, посвященного квантовым эффектам. Все эксперименты имели целью отработать технологии динамических квантовых компьютеров. Элементарные вычисления в них осуществляют так называемые кубиты (квантовые биты), которые могут одномоментно принимать целый набор состояний. Создать кубит можно из захваченного в ловушку атома. Авторы надеются, что их метод позволит свободно манипулировать кубитами, что он даст возможность выстраивать атомы в ряды, добавлять их, восстанавливать и создавать новые кубиты.

Управляемый полет также позволит изучать столкновения отдельных атомов. Он пригодится и для выяснения механизмов химических рекаций. Сейчас физики трудятся над достижением стопроцентной точности перемещения. Статья оубликована в журнале Optica.