자유 비행 원자는 새로운 유형의 양자 컴퓨터와 단일 원자 충돌 연구를 가능 하게 할 수 있습니다.

한국, 일본, 미국과 같이 야구에 열광하는 많은 국가에서 봄이 오면 시즌이 시작되고 꽤 많은 공이 공중으로 날아갑니다. 하지만 던질 수 있는 것은 공만이 아닙니다. 상상할 수 있는 가장 작은 분야에서 과학자들은 이제 빛을 사용하여 개별 원자를 던지고 잡을 수 있음을 보여주었습니다.

이 놀라운 업적은 작은 물체를 고정하고 이동시키기 위해 고도로 집중된 레이저 빔을 사용하는 광학 트랩으로 달성되었습니다. 광학 트랩은 이전에도 개별 원자를 이동하는 데 사용되었지만 원자가 트랩에서 풀려나거나 던져진 후 다른 트랩에 잡힌 것은 이번이 처음입니다.

안재욱 한국과학기술원(KAIST) 연구팀은 “자유롭게 날아다니는 원자는 광학 트랩에 잡히거나 상호작용하지 않고 한 곳에서 다른 곳으로 이동한다”고 말했다. “즉, 야구 경기에서 공이 투수와 포수 사이를 이동하는 것처럼 원자가 두 개의 광학 트랩 사이에 던져지고 잡힙니다.”

~ 안에 광학옵티카 퍼블리싱 그룹(Optica Publishing Group)의 고충격 연구 저널에서 연구원들은 냉각된 루비듐 원자를 초당 최대 65센티미터의 속도로 4.2마이크로미터 거리에 성공적으로 던진 것으로 보고했습니다. 이 기술은 양자 물리학을 사용하여 기존 컴퓨터로는 너무 복잡한 문제를 해결하는 양자 컴퓨터를 만드는 데 사용될 수 있습니다.

안 교수는 “이러한 유형의 비행 원자는 큐비트(바이너리 비트와 동등한 양자 비트)의 상대적 위치를 보다 자유롭게 변경할 수 있도록 함으로써 새로운 유형의 동적 양자 컴퓨팅을 가능하게 할 수 있다”고 말했다. “또한 개별 원자 사이의 충돌을 생성하여 원자 대 원자 화학의 새로운 분야를 여는 데 사용될 수 있습니다.”

날아가는 원자를 어떻게 잡습니까?

새로운 연구는 광학 트랩을 사용하여 원자를 특정 배열로 배열하는 것과 관련된 진행 중인 양자 컴퓨팅 프로젝트의 일부입니다. Ahn은 “우리는 어레이 결함을 만드는 배열 오류를 자주 접했습니다.”라고 말했습니다. “우리는 더 많은 결함을 초래할 수 있기 때문에 많은 수의 원자를 이동하지 않고도 결함이 있는 어레이를 수정하는 효율적인 방법을 찾고 싶었습니다.”

자유 비행 원자를 생성하기 위해 연구원들은 루비듐 원자를 0K(온도의 절대 영도 근처)에 가깝게 냉각시키고 800nm ​​레이저로 광학 트랩을 형성했습니다. 원자를 던지기 위해 그들은 그것을 잡고 있는 광학 트랩을 가속한 다음 트랩을 끕니다. 이로 인해 원자가 트랩 밖으로 발사됩니다. 그런 다음 다른 트랩을 켜서 들어오는 원자를 포착하고 원자가 완전히 멈출 때까지 감속합니다.

그들의 방법을 테스트하기 위해 연구원들은 일련의 원리 증명 시연을 수행했습니다. 원자를 던지고 잡는 것 외에도 그들은 원자가 또 다른 고정된 광학 트랩을 통해 던져질 수 있고 그 과정에서 마주치는 다른 원자에 의해 영향을 받지 않는다는 것을 보여주었습니다. 그들은 또한 그들의 방법을 사용하여 원자 배열을 만들었습니다.

실험에서 연구원들은 약 94%의 시간 동안 자유 비행 원자를 성공적으로 생성했습니다. 그들은 현재 100% 성공에 가까워지기 위해 기술을 미세 조정하기 위해 노력하고 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/03/230309124939.htm