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利用量子模擬器將原子盡可能緊密地排列在一起，有助科學(xué)家探索奇異物質(zhì)狀態(tài)，構(gòu)建新型量子材料。傳統(tǒng)上，這些模擬器捕獲原子的間隔至少為500納米。現(xiàn)在，美國麻省理工學(xué)院研究人員開發(fā)出一種新技術(shù)，突破了這一限制，將原子間距離縮小到原來的1/10，相距僅50納米。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期《科學(xué)》雜志上。
《科學(xué)》雜志論文截圖
在量子力學(xué)領(lǐng)域，鄰近性占據(jù)主導(dǎo)地位。原子越近，它們的相互作用就越強(qiáng)。為了操縱和排列原子，科學(xué)家通常先將一團(tuán)原子云冷卻到接近絕對零度，然后使用激光束系統(tǒng)將原子限制在光陷阱中。此次，研究團(tuán)隊(duì)首先將原子云冷卻到大約1微開爾文，僅比絕對零度高一點(diǎn)點(diǎn)，此時(shí)原子幾乎處于靜止?fàn)顟B(tài)。然后，他們用激光將冷凍粒子移動(dòng)到所需位置。
研究人員開發(fā)出一種技術(shù)，可以將原子排列間隔縮小至50納米。圖片來源：物理學(xué)家組織網(wǎng)
研究人員使用了兩束具有不同頻率（顏色）和偏振角度的激光。當(dāng)兩束光穿過超冷原子云時(shí)，原子會(huì)沿著兩束激光的偏振方向調(diào)整自旋方向，使光束產(chǎn)生兩組相同原子，但是自旋相反。
每束激光形成一個(gè)駐波，即電場強(qiáng)度在空間上呈周期性變化的圖案，其空間周期為500納米。由于它們的偏振不同，每個(gè)駐波都會(huì)吸引和聚集兩組原子中的一組，這取決于它們的自旋。激光可重疊和調(diào)諧，使得它們各自的峰值之間距離只有50納米，這意味著每個(gè)激光峰值所吸引的原子將以同樣的50納米隔開。
實(shí)驗(yàn)中所用原子為鏑，鏑是自然界最具磁性的原子之一。研究團(tuán)隊(duì)用這種新方法操縱兩層鏑原子，并將兩層之間的距離精確地定位為50納米。在這種極近距離下，磁相互作用比兩層之間相隔500納米的情況強(qiáng)1000倍。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，因原子接近而增強(qiáng)的磁力會(huì)導(dǎo)致“熱化”，即熱量從一層傳遞到另一層，以及各層之間的同步振蕩。當(dāng)層之間的距離拉大，這些效應(yīng)就會(huì)逐漸減弱。
研究人員表示，新技術(shù)還可用其他原子來研究量子現(xiàn)象。他們計(jì)劃用該技術(shù)來操縱原子，使其形成一個(gè)純磁性量子門，這是一種新型量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵組成部分。
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