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物理学家成功使激光束在真空中可见,实现单个原子精准操控

前瞻网    2021-08-26 19:48

 

物理学家成功使激光束在真空中可见,实现单个原子精准操控

(图源论文)

一束光只有当它击中物质粒子并被它们散射或反射时才能被看到。因此,在真空中,它是看不见的。波恩大学的物理学家们现在已经开发出一种方法,使激光束即使在真空下也能被可视化。这种方法也可以更容易地操纵单个原子所需的超精确的激光对准。研究人员现在已经在《应用物理评论》杂志上展示了他们的方法。

当单个原子相互作用时,由于它们的量子行为,它们经常表现出不寻常的行为。例如,这些效应可以用来建造所谓的量子计算机,用来解决传统计算机难以解决的某些问题。然而,对于这样的实验,必须将单个原子精确地调整到正确的位置。波恩大学应用物理研究所的Andrea Alberti博士解释说:“可以说,我们通过使用作为光传送带的激光束,达到了这一目的。”

这种光传送带包含无数的口袋,每个口袋里都能装下一个原子。这些口袋可以随意来回移动,使原子可以被运送到空间中的特定位置。如果你想让原子向不同的方向移动,你通常需要许多这样的传送带。当更多的原子被运送到同一位置时,它们就可以相互作用。为了使这一过程在受控条件下进行,传送带的所有口袋必须具有相同的形状和深度。该研究的主要作者Gautam Ramola解释说:“为了确保这种均匀性,激光重叠的精度必须达到微米级。”

因此,波恩的研究人员使用原子本身来测量激光束的传播。“为了做到这一点,我们首先使用了一种特殊的激光,我们称之为椭圆偏振光,” Alberti解释道。当原子用这种方法制备的激光束照射时,它们会以一种独特的方式发生反应,然后改变它们的状态,这些变化可以非常精确地被测量到。

通过这种方法,研究人员成功地调整了四束激光,使它们在期望的位置相交。“在过去,这样的调整通常需要几周的时间,而且你仍然不能保证已经达到了最佳状态,”Alberti说。“但现在,按照我们的方法,只需要一天就能完成。”

该研究论文题为“Gautam Ramola et al, Ramsey Imaging of Optical Traps”,已发表在《应用物理评论》期刊上。

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