原子埃菲尔铁塔在量子计算领域若隐若现

法国科学家用光学镊子用铷原子造出了一座埃菲尔铁塔，尽管它的体积很小，但它为化学的未来提供了一个宏伟的视角。据巴黎大学萨克雷团队成员介绍，他们可以在“几乎任何想要的几何形状”上制造“陷阱”丹尼尔Barredo，并将原子装入其中。

科学家们分别控制每个原子，使它们保持几微米的距离，并“纠缠”它们，创造一个适合量子计算的系统。在这样的系统中模拟化学反应是量子计算机超越其硅兄弟的一个突出领域。巴雷多说:“这些无缺陷阵列可以立即应用于凝聚态系统的量子模拟。”

光镊利用紧密聚焦的激光，其中光的振荡电场与原子周围的电子相互作用，改变它们的电荷分布并形成偶极子。紧聚焦形成场强梯度，对感应偶极子施加一个力。原子最终落在焦点上，那里的磁场最强。

巴雷多说，科学家们早就认识到光捕获是“一个有前途的大规模量子模拟和计算平台”。然而，中性原子组装很难控制，导致部分填充结构。然而，由Antoine browayys领导的巴黎-萨克雷团队已经制作出了完整的二维阵列Jaewook安韩国科学技术院(KAIST)集团。

巨大的进步

巴雷多和他的同事们现在“几乎偶然地”发现，他们可以以很少的错误将原子从一个陷阱转移到另一个陷阱，从而实现了他们新的“原子排序”方法。使用商用空间光调制器，他们在单个激光束中创建了3D模式，其中包括可以捕获原子的高强度区域。

巴雷多说:“这包括目标阵列和作为原子储存库的额外陷阱。”由于科学家之前面临的控制问题，水库圈闭最终只填满了一半。“为了找出这些原子在三维阵列中的位置，我们给每个原子平面拍了一张照片。”

然后，一个算法确定原子的位置，并在大约一毫秒内决定如何最好地将它们移动到所需的形状。最后，光学偏转器引导另一束激光，将原子从储层陷阱移到合适的位置，每个原子大约需要一毫秒。最终的阵列每边约100微米，相当于一根头发丝的宽度，在原子之间留下了足够的空间。

巴黎-萨克雷团队还使用激光将两个被困原子中的每个原子中的一个电子激发到高能量水平，这种状态被称为里德伯原子。原子受激发的电子可以交换自旋，表明它们是纠缠在一起的。

大规模的纠缠

西蒙•康沃尔来自英国达勒姆大学的科学家也很兴奋，他说物理学家多年来一直梦想着单原子控制。“现在我们的技术不仅可以提取单个原子，还可以提取多达100个单独的可寻址原子，以任意的3D模式确定地排列!”他叫道。“在这项工作中展示的控制水平是惊人的，结合阵列中单个原子的里德伯激发，有望在量子模拟领域取得巨大进展。”

KAIST的Jaewook Ahn评论说:“这些结构是独特的，作为量子计算平台特别有前途。”他补充说，单原子控制提供了在其他平台上从未展示过的“可编程大粒子纠缠”的前景。

巴雷多指出，这种方法与谷歌基于超导电路的量子计算机非常不同。他补充说，巴黎-萨克雷大学的研究人员现在正着手探索他们的方法能做些什么。“我们已经准备好使用这个平台在可调谐的3D几何形状中进行第一次量子模拟。”