当单个原子彼此相互作用时,由于它们的量子行为,它们经常表现出不寻常的行为。例如,这些效应可用于构建所谓的量子计算机,它可以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,有必要将单个原子操纵到完全正确的位置。


波恩大学应用物理研究所领导这项研究的 Andrea Alberti 博士表示,使用作为光传送带的激光束来做到这一点。


真空中激光束实现可视化,可将原子传送到太空中任一位置


这样的光传送带包含无数个口袋,每个口袋都可以容纳一个原子。这些口袋可以随意来回移动,使原子能够被运送到太空中的特定位置。如果你想在不同的方向移动原子,你通常需要很多这样的传送带。


当更多的原子被传输到同一位置时,它们可以相互作用。为了在受控条件下进行此过程,传送带的所有口袋必须具有相同的形状和深度。为了确保这种均匀性,激光必须以微米精度重叠。


这项任务并不像听起来那么简单。一方面,它需要很高的准确性。这有点像必须从足球场的看台上用激光笔瞄准开球点的豆子,但这还不是全部,你实际上必须蒙着眼睛去做。这是因为量子实验发生在几乎完美的真空中,在那里激光束是不可见的。


因此,波恩的研究人员使用原子本身来测量激光束的传播。


真空中激光束实现可视化,可将原子传送到太空中任一位置


首先以一种特有的方式改变了激光,这种现象称之为椭圆偏振,当原子被以这种方式制备的激光束照射时,它们会以一种特有的方式改变它们的状态。可以以非常高的精度测量这些变化。每个原子就像一个记录光束强度的小传感器,通过检查不同位置的数千个原子,我们可以将光束的位置确定在千分之几毫米的范围内。


通过这种方式,研究人员成功地调整了四束激光束,使它们恰好在所需的位置相交。这样的调整通常需要几周时间,并且仍然不能保证已经达到最佳状态,现在只需要大约一天的时间就可以做到这一点。


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