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光ピンセットで原子を捕らえる新たな成果

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July, 3, 2019, Boulder--コロラド大学ボルダー校、物理学者、Cindy Regalのチームは、新しい研究で既存方法が匹敵できない効率で、個々の原子群を大きなグリッドにロード可能であることを示した。
 孤立原子は、量子物理学活用の潜在的な構成要素である。研究者がレーザでこの微小物質を捉え、制御できると、未知の振る舞いをする新しいタイプの材料を作れる。また、いずれ従来のコンピュータに取って代わる量子コンピュータにつながる。
 研究成果は、Physical Review Xに発表された。研究チームは、微小なレーサビーム「光ピンセット」を使い、単独の中性ルビジウム原子を90%の確率で捉えたと報告している。

「われわれの領域では、誰でも原子をロードする必要がある。だから、原子を捉える、よりよい技術があれば、これを利用できる人は多い」物理学院生、論文の筆頭著者の一人、Mark Brownはコメントしている。

確率の改善
今日まで、研究者は、原子をロードするために、光ピンセットを含む多くの技術に頼ってきた。その技術では研究者は、フローティング原子を捉え、それを冷却するために、まず一連のレーザビームを、縦横に動かす。

それが選別するための時間である。レーザエネルギーを注意深く調整することで、研究者は原子の振る舞いを変えられることを発見し、原子を相互に衝突させた。その衝突は、原子を2つのペアでトラップから叩き出す。 

最終的に、1個だけ、原子が生き残る。あるいは、少なくとも、それは半分の時間で起こることである、とBrownは説明している。
「原子ペアの全てを叩き出すなら、残るのは1個の原子か、ゼロ原子かのいずれかである」と同氏は言う。

同氏のグループは、50%を超える成功率を望んでいた。研究グループは、原子をトラップするときに選ぶ波長とは、わずかにとなる波長のレーザを使うことで始めた。

この新しい照射下で、ルビジウム原子はもはや衝突しないが、その代わりに、磁石の同じ極を押しつけるように、相互に退け合った、ともう1人の筆頭著者、Tobias Thieleは話している。

「今では、原子の一方がトラップにとどまり、他方が遠ざかるようにすることができる。10中9程度の確率で、最終的にトラップにただ1つの原子を捉えている」とThieleは言う。

そのレベルのコントロールで、研究グループはもっと多くの原子を分離するだけでなく、それらをもっと効率的に整理することができる。新しい研究では、研究グループはこれらの原子を6×6グリッドに、現在のツールの何分の1かの時間で、アセンブリすることができたと報告している。

 研究グループは、現在、その数字を上げることに取り組んでいる、トラップされた原子の数を36から数100、さらには数1000に増やす。

研究者が、これらを2D、さらには3D格子に維持できると、エンタングルメントにより、選択的に個々の原子が隣の原子と連携できるように指示できる。
 Thieleは、「このシステムの素晴らしいところは、望むときにいつでも、その相互作用をON/OFFできることだ」とコメントしている。

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