物理學(xué)家使激光束在真空中可見

當(dāng)單個原子彼此相互作用時，由于它們的量子行為，它們經(jīng)常表現(xiàn)出不尋常的行為。例如，這些效應(yīng)可用于構(gòu)建所謂的量子計算機(jī)，它可以解決傳統(tǒng)計算機(jī)難以解決的某些問題。然而，對于這樣的實驗，有必要將單個原子操縱到完全正確的位置。波恩大學(xué)應(yīng)用物理研究所領(lǐng)導(dǎo)這項研究的 Andrea Alberti 博士解釋說：“可以這么說，我們使用作為光傳送帶的激光束來做到這一點。”

這樣的光傳送帶包含無數(shù)個口袋，每個口袋都可以容納一個原子。這些口袋可以隨意來回移動，使原子能夠被運(yùn)送到太空中的特定位置。如果你想在不同的方向移動原子，你通常需要很多這樣的傳送帶。當(dāng)更多的原子被傳輸?shù)酵晃恢脮r，它們可以相互作用。為了在受控條件下進(jìn)行此過程，傳送帶的所有口袋必須具有相同的形狀和深度。“為了確保這種均勻性，激光必須以微米精度重疊，”該研究的主要作者 Gautam Ramola 解釋說。

足球場里的一顆豆子

這項任務(wù)并不像聽起來那么簡單。一方面，它需要很高的準(zhǔn)確性。“這有點像必須從足球場的看臺上用激光筆瞄準(zhǔn)開球點的豆子，”阿爾貝蒂澄清道。“但這還不是全部——你實際上必須蒙著眼睛去做。”這是因為量子實驗發(fā)生在幾乎完美的真空中，在那里激光束是不可見的。

因此，波恩的研究人員使用原子本身來測量激光束的傳播。“為此，我們首先以一種特有的方式改變了激光——我們也稱之為橢圓偏振，”阿爾貝蒂解釋說。當(dāng)原子被以這種方式制備的激光束照射時，它們會以一種特有的方式改變它們的狀態(tài)?？梢砸苑浅８叩木葴y量這些變化。“每個原子就像一個記錄光束強(qiáng)度的小傳感器，”阿爾貝蒂解釋說。“通過檢查不同位置的數(shù)千個原子，我們可以將光束的位置確定在千分之幾毫米的范圍內(nèi)。”

例如，研究人員通過這種方式成功地調(diào)整了四束激光束，使它們準(zhǔn)確地在所需位置相交。“這樣的調(diào)整通常需要幾周時間，而且你仍然不能保證已經(jīng)達(dá)到最佳狀態(tài)，”阿爾貝蒂說。“通過我們的流程，我們只需要大約一天的時間就可以做到這一點。”

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