Robienie światła z pułapek jonowych

Manipulowanie pojedynczymi atomami i jonami za pomocą światła i pól elektrycznych jest jedną z cech definiujących współczesną naukę. Narzędzia te dały naukowcom możliwość zabawy z budulcem naszego świata w sposób, o którym poprzednie pokolenia mogły tylko pomarzyć. A liczba głównych przełomów, które nastąpiły dzięki tej technologii, jest ogromna: od kondensatów Bosego Einsteina po obliczenia kwantowe.

Co ciekawe, wychwytywanie jonów i atomów opiera się na różnych technologiach. Od 1980 roku pojedyncze jony są uwięzione w polach elektrycznych o częstotliwości radiowej. Pola te wywierają na jon siły wystarczająco silne, aby przezwyciężyć nieuniknione zabłąkane pola elektryczne, które w przeciwnym razie mogłyby wpłynąć na jon.

Z drugiej strony naukowcy polegają na pułapkach optycznych do chwytania atomów. Pierwszy pojedynczy atom został w ten sposób uwięziony dopiero w 1999 roku.

Ale pomimo tych różnic, mechanizm pułapkowania jest dość podobny w obu tych technikach. W pułapce RF pole elektromagnetyczne oddziałuje na moment dipolowy jonu, generując siłę, która utrzymuje go w zamknięciu. W pułapce optycznej uwięzienie wynika z optycznej siły dipolowej. Jest to nieco słabsze niż siły w pułapce RF. Fizycy nigdy nie zawracali sobie głowy optycznym pułapkowaniem jonów w obawie, że jakiekolwiek zabłąkane pole elektryczne może wyrzucić jony.

Ale teraz mogą położyć kres temu strachowi, mówią Tobias Schaetz i koledzy z Instytutu Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka w Niemczech. Powodem jest to, że ci faceci to zrobili: uwięzili pojedynczy jon magnezu w pułapce optycznej na okres milisekund. Co więcej, ich eksperyment jest jedynie dowodem zasady: znaczące ulepszenia techniki i pułapki powinny być stosunkowo proste do osiągnięcia.

Zdolność do wychwytywania jonów za pomocą pól optycznych otwiera szereg nowych horyzontów. Pułapki optyczne mogą być bardziej złożone oraz łatwiejsze i precyzyjniej manipulowane niż pułapki RF. Powinni dać fizykom lepszą torbę sztuczek do grania na jonach. Pułapki te można wykorzystać do budowy lepszych komputerów kwantowych i symulatorów kwantowych opartych na jonach. Mogą również umożliwić fizykom bardziej szczegółowe tworzenie i badanie właściwości trójwymiarowych kryształów jonowych.

A po latach oddzielnego manipulowania atomami i jonami, fizycy odkryją, że mogą teraz bawić się nimi jednocześnie w pułapce optycznej. Powinno to umożliwić naukowcom bardziej szczegółowe niż kiedykolwiek badanie interakcji między atomami i jonami.

W sumie fajne rzeczy!

Nr ref.: arxiv.org/abs/1001.2953 : Optyczne pułapkowanie jonów

ukryć