p Átomos, fótons, e outras partículas quânticas são freqüentemente caprichosas e exigentes por natureza; muito raramente parado, eles freqüentemente colidem com outros de sua espécie. Mas se essas partículas podem ser individualmente encurraladas e controladas em grandes números, eles podem ser aproveitados como bits quânticos, ou qubits - unidades minúsculas de informação cujo estado ou orientação podem ser usados ​​para realizar cálculos a taxas significativamente mais rápidas do que os atuais chips de computador baseados em semicondutores. p Nos últimos anos, os cientistas descobriram maneiras de isolar e manipular partículas quânticas individuais. Mas essas técnicas têm sido difíceis de aumentar, e a falta de uma maneira confiável de manipular um grande número de átomos continua sendo um obstáculo significativo para a computação quântica.

p Agora, cientistas de Harvard e do MIT encontraram uma maneira de contornar esse desafio. Em um artigo publicado hoje na revista Ciência , os pesquisadores relatam um novo método que lhes permite usar lasers como "pinças" ópticas para pegar átomos individuais de uma nuvem e mantê-los no lugar. Como os átomos estão "presos, "os cientistas usam uma câmera para criar imagens dos átomos e suas localizações. Com base nessas imagens, eles então manipulam o ângulo dos feixes de laser, para mover átomos individuais em qualquer número de configurações diferentes.

p A equipe criou até agora matrizes de 50 átomos e os manipulou em vários padrões sem defeitos, com controle de um único átomo. Vladan Vuletic, um dos autores do artigo e Lester Wolfe Professor de Física no MIT, compara o processo a "construir um pequeno cristal de átomos, do fundo, acima."

p "Demonstramos uma matriz reconfigurável de armadilhas para átomos individuais, onde podemos preparar até 50 átomos individuais em armadilhas separadas deterministicamente, para uso futuro no processamento de informações quânticas, simulações quânticas, ou medições de precisão, "diz Vuletic, que também é membro do Laboratório de Pesquisa de Eletrônica do MIT. "É como Legos de átomos que você constrói, e você pode decidir onde deseja que cada bloco seja. "

p Os outros autores seniores do artigo são o autor principal Manuel Endres e Markus Greiner e Mikhail Lukin da Universidade de Harvard.

p Ficar neutro

p A equipe projetou sua técnica para manipular átomos neutros, que não carregam nenhuma carga elétrica. A maioria dos outros experimentos quânticos envolveu átomos carregados, ou íons, já que sua carga os torna mais facilmente capturáveis. Os cientistas também mostraram que os íons, sob certas condições, pode ser feito para realizar portas quânticas - operações lógicas entre dois bits quânticos, semelhantes às portas lógicas em circuitos clássicos. Contudo, por causa de sua natureza carregada, os íons se repelem e são difíceis de montar em matrizes densas.

p Átomos neutros, por outro lado, não tem problema em estar por perto. O principal obstáculo para usar átomos neutros como qubits é que, ao contrário de íons, eles experimentam forças muito fracas e não são facilmente mantidos no lugar.

p "O truque é prendê-los, e em particular, para prender muitos deles, "Vuletic diz." As pessoas foram capazes de capturar muitos átomos neutros, mas não de uma forma que você pudesse formar uma estrutura regular com eles. E para computação quântica, você precisa ser capaz de mover átomos específicos para locais específicos, com controle individual. "

p Preparando a armadilha

p Para capturar átomos neutros individuais, os pesquisadores primeiro usaram um laser para resfriar uma nuvem de átomos de rubídio a ultracold, temperaturas quase zero absoluto, desacelerando os átomos do normal, trajetórias de alta velocidade. Eles então direcionaram um segundo feixe de laser através de um instrumento que divide o feixe de laser em muitos feixes menores, cujo número e ângulo dependem da radiofrequência aplicada ao defletor.

p Os pesquisadores focaram os feixes de laser menores através da nuvem de átomos ultracold e descobriram que o foco de cada feixe - o ponto em que a intensidade do feixe era mais alta - atraiu um único átomo, essencialmente, retirando-o da nuvem e mantendo-o no lugar.

p "É semelhante a carregar um pente esfregando-o contra algo de lã, e usá-lo para pegar pequenos pedaços de papel, "Vuletic diz." É um processo semelhante com átomos, que são atraídos para regiões de alta intensidade do campo de luz. "

p Enquanto os átomos estão presos, eles emitem luz, que os cientistas capturaram usando uma câmera de dispositivo de carga acoplada. Olhando para suas imagens, os pesquisadores foram capazes de discernir quais feixes de laser, ou pinças, estavam segurando átomos e que não eram. Eles poderiam então mudar a frequência de rádio de cada feixe para "desligar" as pinças sem átomos, e reorganizar aqueles com átomos, para criar matrizes sem defeitos. A equipe acabou criando matrizes de 50 átomos que foram mantidos no lugar por vários segundos.

p "A questão é sempre, quantas operações quânticas você pode realizar neste tempo? "Vuletic diz." A escala de tempo típica para átomos neutros é de cerca de 10 microssegundos, então você poderia fazer cerca de 100, 000 operações por segundo. Achamos que, por enquanto, esta vida está bem. "

p Agora, a equipe está investigando se podem encorajar átomos neutros a realizar portas quânticas - o processamento mais básico de informações entre dois qubits. Enquanto outros demonstraram isso entre dois átomos neutros, eles não foram capazes de reter portas quânticas em sistemas envolvendo um grande número de átomos. Se Vuletic e seus colegas podem induzir com sucesso portas quânticas em seus sistemas de 50 átomos ou mais, eles terão dado um passo significativo para realizar a computação quântica.

p "As pessoas também gostariam de fazer outros experimentos além da computação quântica, como simular a física da matéria condensada, com um número predeterminado de átomos, e agora com esta técnica deve ser possível, "Vuletic diz." É muito emocionante.