Atrapar átomos individuales es un poco como pastorear gatos, lo que hace que los investigadores de la Universidad de Colorado en Boulder sean expertos en pastores felinos.

En un nuevo estudio, un equipo dirigido por la física Cindy Regal demostró que podía organizar grupos de átomos individuales en grandes rejillas con una eficiencia incomparable con los métodos existentes.

Los átomos solitarios son un bloque de construcción potencial para aprovechar la física cuántica. Si los investigadores pueden capturar y controlar estos pequeños trozos de materia con láseres, pueden crear nuevos tipos de materiales que se comportan de formas extrañas. También podrían dar lugar a computadoras cuánticas que algún día podrían reemplazar a los procesadores de números tradicionales.

Eso es un gran 'si, 'dicen los investigadores. Como esos gatos átomos neutros, o átomos sin carga, no son fáciles de domesticar:zumban, chocar entre sí y nunca quedarse quietos por mucho tiempo.

Aquí es donde entran Regal y sus colegas. En una investigación publicada recientemente en Revisión física X , los científicos informaron que atraparon solteros, átomos de rubidio neutros con una probabilidad del 90 por ciento, usando pequeños rayos láser, también llamadas "pinzas ópticas".

La nueva investigación es un paso adelante para dominar la dinámica resbaladiza de los átomos, dijo Regal, profesor asociado en JILA y el Departamento de Física en CU Boulder.

"Los bits en una computadora cuántica serán necesariamente cosas diminutas, ", dijo." Y cada pequeña cosa presenta sus propios desafíos para discutir ".

Es un enfoque que muchos investigadores pueden aprovechar, dijo Mark Brown, uno de los dos autores principales del nuevo artículo.

"Todos en nuestro campo tienen que cargar átomos, "dijo Brown, estudiante de posgrado en física. "Entonces, si tiene una mejor técnica para capturar átomos, entonces mucha gente puede hacer uso de esto ".

Mejorando las probabilidades

Hasta la fecha, Los científicos han recurrido a una serie de técnicas para cargar sus átomos, incluido el uso de pinzas ópticas. En esa técnica, Los investigadores primero entrecruzan una serie de rayos láser para atrapar átomos flotantes y enfriarlos.

Entonces es el momento de aventar. Al ajustar cuidadosamente la energía de sus láseres, Los científicos han descubierto que pueden cambiar el comportamiento de sus átomos, obligándolos a chocar entre sí. Como deshacerse de los gatos callejeros, esas colisiones sacan átomos de la trampa en pares de dos.

Finalmente, te quedas con solo una, átomo sobreviviente. O al menos, eso es lo que sucede aproximadamente la mitad del tiempo, Dijo Brown.

"Si expulsa todos los pares de átomos, entonces te quedas con un átomo o con cero átomos, " él dijo.

Su grupo quería hacerlo mejor que una tasa de éxito del 50 por ciento. Comenzaron usando láseres con un color ligeramente diferente al que suelen elegir los cazadores de átomos.

Bajo esta nueva iluminación los átomos de rubidio ya no chocan, sino que se repelieron como presionando los mismos polos de dos imanes, dijo Tobias Thiele, el otro autor principal del nuevo estudio.

"Ahora puede hacer que uno de los átomos permanezca en la trampa y el otro se vaya muy lejos, "dijo Thiele, investigador postdoctoral en el laboratorio de Regal. "Terminas con un solo átomo en la trampa unas nueve de cada diez veces".

Organizarse

Con ese nivel de control, los investigadores no solo pudieron aislar muchos más átomos, pero organícelos de manera más eficiente. En el nuevo estudio, informaron que podían ensamblar estos átomos en cuadrículas perfectas de seis por seis en una fracción del tiempo de las herramientas actuales.

Los investigadores, que también incluía a los estudiantes graduados Chris Kiehl y Ting-Wei Hsu, ahora están trabajando para aumentar ese número, pasando de 36 átomos atrapados a cientos o incluso miles.

Y ahí es cuando comienza la diversión. Una vez que los investigadores puedan mantener estas celosías bidimensionales o incluso tridimensionales, pueden decirle selectivamente a los átomos individuales que se unan con un vecino a través de un proceso llamado entrelazamiento cuántico. Tal enredo en el que un átomo está fundamentalmente conectado a otro, es la base de las computadoras cuánticas, Dijo Thiele.

"Lo bueno de este sistema es que puede activar y desactivar las interacciones solo cuando lo desee, " él dijo.

Lo que hace que algunos gatos se porten bien.