逍遥学能 2017-09-03 12:45
德国马克斯?普朗克量子光学研究所的科学家利用激光首次成功地捕捉并观 察到原子，这一重要成果有望用于制造量子计算机。
据最新一期的《自然》科学杂志介绍，这项实验结果是由该研究所格哈德?雷姆普教授领导的课题组发现的。在此之前，科学家虽然能捕捉和观察带电荷的原子即离子，但对中性原子则无法控制和观察。这是因为控制原子的过程非常困难，温度升高千分之一都会导致实验失败。德国科学家在实验中将温度控制在近乎绝对零度（零下273．15摄氏度）。设想在此温度下，实验的铷原子在激光作用下能量交换，向上跃迁到原子轨道的最高点，然后受重力场作用又回落，持续上下，进入所谓的振动器状态。
科学家在这个实验系统中设置了两个相距仅0．1毫米的平行镜子，用微弱的激光通过镜面夹缝射入铷原子系统。 根据光的波粒两相性，激光既可以看成是波又可以看成是粒子，因此微弱的激光相当于是光子的作用。利用激光器自动开关提高光子的打击强度，这样就能控制原子处于振动器状态。虽然原子滞留的时间非常短，只有0．2秒，但科学家已经能够实时观察到原子的振动。令科学家惊讶的是，实际观察的结果与计算机模拟原子的振动非常一致。
雷姆普教授认为，这一实验结果在理论和实践上有许多应用。理论上有了一种全新的显微检测办法，可以跟踪一个孤立原子的运动；实践上可用于未来量子信息的加工。德国科学家准备由此设计一种“光子枪”，它能够按点发射光量子，将它装在计算机里，可以实现量子比特的信息传递。据雷姆普教授介绍，除他领导的课题组外，美国加州的一个课题组也获得类似的结果，这两个课题组在研究量子光学原理方面正齐头并进