實現捕捉原子的新壯舉！

　　捕獲單個原子有點像放養貓，這使得科羅拉多大學博爾德分校的研究人員成爲貓科動物專家。在一項新研究中，由物理學家Cindy Regal領導的團隊表明，可以將單個原子羣組織成大型網格，其效率是現有方法無法比擬的。孤原子是利用量子物理的潛在構件，如果研究人員能夠用激光捕捉並控制這些微小的物質，就能創造出行爲怪異的新型材料，還可能帶來量子計算機，有朝一日可能取代傳統的數字處理器。

　　博科園-科學科普：研究人員表示，這是一個很大的“如果”,就像那些貓一樣，中性原子或不帶電的原子也不容易馴服:它們四處亂竄，相互碰撞，從不長時間靜止不動。這就是Regal和同事的切入點，在發表在《物理評論X》(Physical Review X)上的一項研究中，科學家們報告稱，使用微小的激光束，也稱爲“光鑷”，捕獲了單箇中性銣原子，捕獲概率爲90%。JILA大學和科羅拉多大學博爾德分校物理系的副教授Regal說：這項新研究爲掌握原子的光滑動力學向前邁出了一步。量子計算機中的比特必然微小，每一件小事都給爭吵帶來了挑戰。

　　（圖示）紅外線“光鑷”裝置的照片，正常情況下，這種激光器發出的光肉眼看不見。圖片：Mark Brown

　　這篇新論文的兩位主要作者之一馬克布朗(Mark Brown)說：很多研究人員都可以利用這種方法。物理學研究生布朗說：這個領域的每個人都必須加載原子，所以如果你有一種更好捕捉原子的技術，那麼很多人就可以利用它。到目前爲止，科學家們已經採用了許多技術來加載原子，包括使用光鑷。在這項技術中，研究人員首先用一系列激光束交叉捕捉漂浮的原子並使其冷卻，那麼是時候進行篩選了，通過仔細調整激光器的能量。科學家們發現它們可以改變原子的行爲，迫使它們相互碰撞。就像淘汰野貓一樣，這些碰撞把陷阱裏的原子撞成兩對。

　　（圖示）利用激光捕捉技術，研究人員創建了一個10×10的孤獨原子網格(彩色方塊)，只有幾個空點(紅色方塊)。圖片：Brown et al. 2019

　　最終只剩下一個倖存的原子，至少有一半的時間是這樣。如果把所有原子都踢出去，那麼要麼只剩下一個原子，要麼沒有原子。研究團隊想要做得比50%的成功率更好，開始使用與原子捕捉器通常選擇的顏色略有不同的激光。這項新研究的另一位主要作者託拜厄斯·泰爾(Tobias Thiele)說：在這種新的光照下，銣原子不再發生碰撞，而是相互排斥，就像把兩塊磁鐵的同一極壓在一起一樣。帝王實驗室的博士後研究員蒂勒說：現在可以讓其中一個原子留在陷阱裏，另一個離得很遠，最終陷阱裏只有一個原子，十有八九是這樣。

　　（圖示）通過移動激光器，該團隊能夠有效地將這些行和列融合成一個完美的6×6陣列。圖片：University of Colorado at Boulder

　　有了這種水平的控制，研究人員不僅可以分離出更多原子，而且可以更有效地組織它們。在這項新研究中，可以用現有工具的一小部分時間將這些原子組裝成完美的6×6網格。包括研究生克里斯·基爾(Chris Kiehl)和徐定偉(Ting-Wei Hsu)在內的研究人員正在努力將這個數字提高，從36個被困原子增加到數百甚至數千個。這就是有趣的開始，一旦研究人員能夠維持這兩個甚至是三維晶格，就可以選擇性地告訴單個原子通過一個叫做量子糾纏的過程與相鄰原子相連。這種糾纏是量子計算機的基礎，即一個原子與另一個原子基本相連。這個系統的好處是，只有在你願意的時候，才能開啓和關閉互動。