Moléculas ultracold são promissoras para aplicações em novas tecnologias quânticas. Infelizmente, essas moléculas são destruídas ao colidirem umas com as outras. Pesquisadores da Universidade de Harvard, MIT, A Universidade da Coreia e a Universidade Radboud demonstraram que essas perdas por colisão podem ser evitadas guiando a interação entre as moléculas usando microondas de forma que elas se repelam e, Portanto, não se aproximem durante as colisões. Seu artigo será publicado em Ciência em 13 de agosto.

As próximas tecnologias quânticas, como computação quântica e simulação quântica, estão em alta agora. Grandes saltos são dados em direção à sua realização em várias plataformas, como íons presos e matrizes de átomos de Rydberg. Moléculas ultracold são outra plataforma promissora. Infelizmente, colisões entre as moléculas levam à perda como se fossem quimicamente reativas, que limitou a capacidade de resfriar moléculas na última década. Uma equipe de pesquisadores já demonstrou que essas perdas por colisão podem ser suprimidas pela engenharia de interações repulsivas entre as moléculas usando microondas.

Eliminar as perdas por colisão e aumentar as colisões elásticas permitirá o resfriamento de moléculas a um gás quântico e trará sua aplicação em novas tecnologias quânticas ao alcance. Uma vantagem única das moléculas ultracold é que as interações entre as moléculas podem ser ajustadas e controladas pelo giro de um botão no laboratório, usando campos externos. Por exemplo, quando as moléculas são expostas a microondas, seus momentos dipolares oscilarão junto com as microondas. Desta forma, podemos controlar as interações entre os momentos de dipolo molecular.

Em vez de seguir o campo de microondas, os momentos de dipolo também podem se interligar, que pode causar atração ou repulsão entre as moléculas. A repulsão entre as moléculas pode impedir que elas se aproximem. "Desta forma, podemos proteger as moléculas de perdas por colisão, "explica Tijs Karman, da Radboud University, quem propôs este método e cujos cálculos guiaram o experimento.

Realização experimental

Pela primeira vez, a blindagem por microondas foi demonstrada experimentalmente no laboratório do Professor John Doyle na Universidade de Harvard. Este experimento usa moléculas de monofluoreto de cálcio (CaF) que são resfriadas a uma temperatura de 100 µK usando uma técnica chamada resfriamento a laser. Essas moléculas são então armazenadas em armadilhas individuais feitas por luz laser focada para baixo, que são chamadas de pinças ópticas. Duas dessas pinças, cada um contendo uma única molécula, são então mescladas para estudar as colisões entre exatamente duas moléculas. Para proteger as moléculas, eles são expostos a microondas de uma série de antenas. Desta maneira, os físicos projetaram interações repulsivas entre as moléculas que as protegem da perda por colisão. A taxa de perdas foi reduzida por um fator de seis.

Resfriando a um gás quântico de moléculas

Além de suprimir perdas por colisões, a repulsão entre as moléculas quando elas estão distantes leva a rápidas colisões elásticas. Aqui, as colisões elásticas são aumentadas por um fator 17. Essas colisões elásticas são importantes para a termalização. Termalização rápida e perda lenta é exatamente o que é necessário para resfriar ainda mais as moléculas por evaporação, um marco de longa data no campo. Portanto, a blindagem demonstrada aqui é um passo importante para a criação de um gás quântico de moléculas ultracold e para a realização de futuras tecnologias quânticas, como computação quântica e simulação quântica.