美国研究人员利用激光冷却解决科学难题

时间:2022-09-13 00:26

本文摘要:美国国家标准技术研究院(NIST)的研究小组最近宣告解决问题了一个棘手的科学难题,即如何掌控单个电荷分子或分子离子的量子特性。关键是:利用白鱼用作未来量子计算机运算的类似于“量子逻辑”操作者。新技术像激光加热和其它技术掌控原子一样有效地掌控分子,具备普遍的应用于潜力。 原子的量子掌控将彻底改变原子物理学,引导诸如原子钟一样的应用于,但激光加热与掌控分子是十分有挑战性,因为分子比原子简单得多。新技术依然用于激光,但不能严重观测到分子,其量子状态不能间接检测到。

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美国国家标准技术研究院(NIST)的研究小组最近宣告解决问题了一个棘手的科学难题,即如何掌控单个电荷分子或分子离子的量子特性。关键是:利用白鱼用作未来量子计算机运算的类似于“量子逻辑”操作者。新技术像激光加热和其它技术掌控原子一样有效地掌控分子,具备普遍的应用于潜力。

原子的量子掌控将彻底改变原子物理学,引导诸如原子钟一样的应用于,但激光加热与掌控分子是十分有挑战性,因为分子比原子简单得多。新技术依然用于激光,但不能严重观测到分子,其量子状态不能间接检测到。这种类型的分子离子掌控,即几个电荷原子融合在一起,可以造成更为简单的量子信息处置架构,缩放了基本物理研究信号,例如测量电子形状的“圆度”,并且减少了化学反应的掌控。NIST通过将信息移往到原子离子的方法来寻找分子离子的量子态,而量子态可以用激光加热和掌控。

糅合NIST量子逻辑时钟的点子,研究人员企图操控分子离子。NIST研究人员利用离子阱和正在展开量子逻辑时钟实验的激光,在室温下高真空室中,捕捉了两个离子距离几百万分之一的钙离子。氢气外泄到真空室中,直到一个钙离子反应构成由一个钙离子和一个氢原子融合在一起的氢化钙分子离子。研究人员用于激光来加热原子离子,从而将分子加热到低于能量状态。

在室温下,分子离子也正处于其低于的电子和振动状态,但维持在转动状态的混合物中。研究人员应用于红外激光脉冲调制以避免离子的电子或振动状态发生变化,以驱动分子在多达100种有可能转动状态中的两种之间的独有转化成,再行用一个额外的激光脉冲来切换分享运动的变化,转变原子离子的内部能量水平。之后,原子离子开始散射光,指出分子离子的状态早已转变,并且正处于希望的目标状态。随后,研究人员可以将暴光诱导光子期间升空和吸取的光角传送到例如定向分子在所须要方向的转动状态。

该研究公开发表于5月11日的《大自然》杂志上,由NIST博德(Boulder)小组继续执行。该小组曾于1978年展开过第一次原子激光加热实验。


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