2021年8月26日消息,波恩大学开发的一种新方法简化了量子光学实验的超精密调整仪器。


甲光的光束当它击中物质颗粒只能被看作和被它们散射或反射。然而,在真空中,它是不可见的。波恩大学的物理学家现在已经开发出一种方法,即使在这些条件下也可以使激光束可视化。


该方法可以更轻松地执行操纵单个原子所需的超精密激光对准。研究人员现已在《物理评论应用》杂志上介绍了他们的方法。

肉眼就能见到激光束!波恩大学开发了一种量子光学实验的超精密调整仪器

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 博士解释说:“可以这么说,我们使用作为光传送带的激光束来做到这一点。”


这样一条光之传送带包含无数个口袋,每个口袋都可以装下一个原子。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,”该研究的主要作者 Gautam Ramola 解释说。


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,”阿尔贝蒂澄清道:“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。

肉眼就能见到激光束!波恩大学开发了一种量子光学实验的超精密调整仪器

因此,波恩的研究人员使用原子本身来测量激光束的传播。


“为此,我们首先以一种特有的方式改变了激光——我们也称之为椭圆偏振,”阿尔贝蒂解释说。


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,”阿尔贝蒂继续说道:“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。”


例如,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,而且你仍然不能保证已经达到最佳状态,”阿尔贝蒂说:“通过我们的流程,我们只需要大约一天的时间就可以做到这一点。”



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