Najmniejsza na świecie gra w piłkę, grają za pomocą atomów
Naukowcy dowodzą, że nie tylko piłkami można rzucać, oni też mają swoją odmianę gry w piłkę. Mianowicie, rzucają i łapią atomy za pomocą światła. Jakie korzyści mogą płynąć z tej pozornie niewinnej aktywności?
Na najmniejszym na świecie polu do gry naukowcy rzucają atomami za pomocą światła. Dokładniej chodzi o pułapki optyczne, które wykorzystują silnie skupioną wiązkę laserową do chwytania i przemieszczania malutkich obiektów, takich jak atomy.
Gra za pomocą atomów
Jest to o tyle fascynujące, że taki precedens ma miejsce po raz pierwszy. Kiedy to pojedynczy atom został wypuszczony z pułapki i złapany przez inną pułapkę. Atom swobodnie przemieszcza się z jednego miejsca do drugiego, bez jednoczesnego „trzymania się” pułapki. Można to porównać do rzucania piłką, która przemieszcza się od jednego zawodnika do drugiego.
Swobodnie latające atomy przemieszczają się z jednego miejsca do drugiego bez trzymania lub interakcji z pułapką optyczną. Innymi słowy, atom jest rzucany i łapany między dwiema pułapkami optycznymi, podobnie jak piłka przemieszcza się między miotaczem a łapaczem w meczu baseballowym.
Na czym polega gra atomami?
Grupa naukowców zajmująca się badaniami atomów opublikowała badania w czasopiśmie „Optica” dotyczące możliwości łapania atomów za pomocą skoncentrowanej wiązki światła. Dokładnie odnosi się to do rzucania schłodzonymi atomami rubidu.
Rubid należy do grupy metali alkalicznych, to pierwiastek chemiczny, który w czystej postaci jest bardzo miękki i ciągliwy. Metal ten jest drugim po cezie najbardziej elektrododatnim z nieradioaktywnych matali alkalicznych. Schładzanie atomu polega na zmniejszeniu energii kinetycznej obiektu po to, aby utrzymać je przez pewien czas na małym obszarze.
Aby uzyskać taki efekt, wykorzystuje się światło laserowe emitujące światło o niższej energii niż energia atomu, w związku z czym atom absorbuje fotony, które mają przeciwny pęd względem ich własnych. Doprowadza to do zmniejszenia energii kinetycznej atomu. Pole magnetyczne natomiast więzi atomy na danym obszarze.
Naukowcom udało się rzucić atomami na odległość 4,2 mikrometra z prędkością do 65 centymetrów na sekundę. Naukowcy za pomocą lasera utworzyli pułapki optyczne. Cały proces rzucania atomem polega na tym, że najpierw przyśpieszamy utrzymującą go pułapkę optyczną, aby następnie ją wyłączyć, co spowoduje wyrzut atomu. Aby go złapać, włączamy następną pułapkę, która wychwytuje nadlatujący atom i łapie go, gdy ten wystarczająco zwolni.
Rzucanie atomami, a komputery kwantowe
Przede wszystkim tego typu odkrycie może znaleźć zastosowanie w obliczeniach kwantowych. Dokładniej chodzi o wykorzystanie tej technologii do budowy komputerów kwantowych. Dzięki nowocześniejszym odkryciom będzie można łatwiej rozwiązywać problemy związane z obliczeniami niemożliwymi dla klasycznych komputerów.
Tego rodzaju latające atomy mogą umożliwić nowy rodzaj dynamicznych obliczeń kwantowych, umożliwiając bardziej swobodną zmianę względnego położenia kubitów – kwantowego odpowiednika bitów binarnych. Można go również wykorzystać do tworzenia kolizji między pojedynczymi atomami, otwierając nową dziedzinę chemii atom po atomie.
Oprócz tego, że atomy można swobodnie rzucać i łapać, wykazano, że na rzucane atomy nie mają wpływu inne napotkane po drodze takie same cząsteczki. Naukowcy cały czas starają się wykazać 100 procent skuteczności. Do tej pory udało im się uzyskać obiecujące rezultaty w około 94 procentach przypadków.
