Capturar átomos individuais é um pouco como pastorear gatos, o que torna os pesquisadores da Universidade do Colorado em Boulder especialistas em wranglers felinos.

Em um novo estudo, uma equipe liderada pela física Cindy Regal mostrou que poderia organizar grupos de átomos individuais em grandes grades com uma eficiência incomparável pelos métodos existentes.

Os átomos solitários são um bloco de construção potencial para o aproveitamento da física quântica. Se os pesquisadores puderem capturar e controlar esses pequenos pedaços de matéria com lasers, eles podem criar novos tipos de materiais que se comportam de maneiras estranhas. Eles também podem levar a computadores quânticos que podem um dia substituir os trituradores de números tradicionais.

Isso é um grande 'se, 'dizem os pesquisadores. Como aqueles gatos, átomos neutros, ou átomos sem carga, não são fáceis de domar:eles voam por aí, colidir com o outro e nunca ficar parado por muito tempo.

É aí que entra Regal e seus colegas. Em uma pesquisa publicada recentemente em Revisão Física X , os cientistas relataram que eles pegaram uma armadilha solteira, átomos de rubídio neutros com 90 por cento de probabilidade, usando pequenos feixes de laser, também chamado de "pinça óptica".

A nova pesquisa é um passo à frente para dominar a dinâmica escorregadia dos átomos, disse Regal, professor associado da JILA e do Departamento de Física da CU Boulder.

"Bits em um computador quântico serão necessariamente coisas minúsculas, "ela disse." E cada coisa pequena apresenta seus próprios desafios para a disputa. "

É uma abordagem que muitos pesquisadores podem aproveitar, disse Mark Brown, um dos dois autores principais do novo artigo.

"Todos em nosso campo precisam carregar átomos, "disse Brown, um estudante de graduação em física. "Então, se você tiver uma técnica melhor para capturar átomos, então, muitas pessoas podem fazer uso disso. "

Melhorando as chances

A data, os cientistas recorreram a uma série de técnicas para carregar seus átomos, incluindo o uso de pinças ópticas. Nessa técnica, os pesquisadores primeiro cruzam uma série de feixes de laser para capturar átomos flutuantes e resfriá-los.

Então é hora de peneirar. Ajustando cuidadosamente a energia de seus lasers, cientistas descobriram que podem mudar o comportamento de seus átomos, forçando-os a colidir uns com os outros. Como matar gatos de rua, essas colisões tiram os átomos da armadilha em pares de dois.

Eventualmente, você fica com apenas um, átomo sobrevivente. Ou pelo menos, isso é o que acontece na metade do tempo, Disse Brown.

"Se você expulsar todos os pares de átomos, então você fica com um átomo ou zero átomo, " ele disse.

Seu grupo queria fazer melhor do que uma taxa de sucesso de 50%. Eles começaram usando lasers com uma cor ligeiramente diferente da que os caçadores de átomos normalmente escolhem.

Sob esta nova iluminação, os átomos de rubídio não colidiram mais, mas, em vez disso, se repeliam como se pressionassem os mesmos pólos de dois ímãs, disse Tobias Thiele, o outro autor principal do novo estudo.

"Agora você pode fazer com que um dos átomos fique na armadilha e o outro vá para muito longe, "disse Thiele, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Regal. "Você acaba com apenas um átomo na armadilha cerca de nove em cada dez vezes."

Organizando-se

Com esse nível de controle, os pesquisadores não conseguiram apenas isolar muitos mais átomos, mas organizá-los de forma mais eficiente. No novo estudo, eles relataram que poderiam reunir esses átomos em grades perfeitas de seis por seis em uma fração do tempo das ferramentas atuais.

Os pesquisadores, que também incluiu alunos de pós-graduação Chris Kiehl e Ting-Wei Hsu, agora estão trabalhando para aumentar esse número, indo de 36 átomos aprisionados para centenas ou mesmo milhares.

E é aí que começa a diversão. Uma vez que os pesquisadores podem manter essas redes bidimensionais ou mesmo tridimensionais, eles podem dizer seletivamente aos átomos individuais para se ligarem a um vizinho por meio de um processo denominado emaranhamento quântico. Tal emaranhamento, em que um átomo está fundamentalmente conectado a outro, é a base para computadores quânticos, Disse Thiele.

"O bom desse sistema é que você pode ligar e desligar as interações apenas quando quiser, " ele disse.

O que torna alguns gatos bem comportados.