在世界上最小的球类运动中科学家们利用光投掷和捕捉单个原子
在韩国和等许多热爱棒球的国家，随着春季的到来，赛季开始了，许多球在空中飞舞。但这不仅仅是可以扔的球。在可以想象到的最微小的领域，科学家们现在已经证明他们也可以利用光投掷和捕捉单个原子。
这一惊人的壮举是通过光阱实现的，光阱使用高度聚焦的激光束来固定和移动微小物体。尽管光阱以前曾被用来移动单个原子，但这是第一次将原子从一个陷阱中释放出来——或抛出——然后被另一个陷阱捕获。
韩国高等科学技术研究院的研究小组成员 Jaewook Ahn 说：“自由飞行的原子从一个地方移动到另一个地方，而不会被光阱束缚或相互作用。” “换句话说，原子在两个光阱之间被抛出并被捕获，就像棒球比赛中球在投手和接球手之间移动一样。”
在Optica 出版集团的高影响力研究期刊 Optica 中，研究人员报告称，他们成功地将冷却的铷原子以每秒 65 厘米的速度抛出 4.2 微米的距离。该技术可用于制造量子计算机，它使用量子物理学来解决对于经典计算机而言过于复杂的问题。
“这些类型的飞行原子可以通过允许更自由地改变量子比特的相对位置——相当于二进制比特的量子——来实现一种新型的动态量子计算，”Ahn 说。“它也可以用来在单个原子之间产生碰撞，开辟一个新的原子化学领域。”
你如何捕捉飞行的原子?
这项新研究是正在进行的量子计算项目的一部分，该项目涉及使用光阱将原子排列成特定阵列。“我们经常遇到排列错误，导致阵列有缺陷，”Ahn 说。“我们想找到一种有效的方法来修复有缺陷的阵列，而不必移动大量原子，因为这可能会导致更多的缺陷。”
为了制造自由飞行的原子，研究人员将铷原子冷却至接近 0 K(接近绝对零温度)并使用 800 nm 激光形成光阱。为了抛出一个原子，他们加速了容纳它的光阱，然后关闭了光阱。这导致原子从陷阱中发射出来。然后打开另一个陷阱以捕获进入的原子并减速直到原子完全停止。
为了测试他们的方法，研究人员进行了一系列原理验证演示。除了投掷和捕获原子外，他们还表明，原子可以通过另一个固定的光阱投掷，并且不受沿途遇到的其他原子的影响。他们还使用他们的方法来创建原子阵列。
在实验中，研究人员成功创造了大约 94% 的自由飞行原子。他们现在正在努力微调该技术以接近 100% 的成功率。
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