利用量子模擬器將原子盡可能緊密地排列在一起，有助科學家探索奇異物質狀態，構建新型量子材料。傳(chuan) 統上，這些模擬器捕獲原子的間隔至少為(wei) 500納米。現在，美國麻省理工學院研究人員開發出一種新技術，突破了這一限製，將原子間距離縮小到原來的1/10，相距僅(jin) 50納米。相關(guan) 研究發表在最新一期《科學》雜誌上。

《科學》雜誌論文截圖

在量子力學領域，鄰近性占據主導地位。原子越近，它們(men) 的相互作用就越強。為(wei) 了操縱和排列原子，科學家通常先將一團原子雲(yun) 冷卻到接近絕對零度，然後使用激光束係統將原子限製在光陷阱中。此次，研究團隊首先將原子雲(yun) 冷卻到大約1微開爾文，僅(jin) 比絕對零度高一點點，此時原子幾乎處於(yu) 靜止狀態。然後，他們(men) 用激光將冷凍粒子移動到所需位置。

研究人員開發出一種技術，可以將原子排列間隔縮小至50納米。圖片來源：物理學家組織網

研究人員使用了兩(liang) 束具有不同頻率（顏色）和偏振角度的激光。當兩(liang) 束光穿過超冷原子雲(yun) 時，原子會(hui) 沿著兩(liang) 束激光的偏振方向調整自旋方向，使光束產(chan) 生兩(liang) 組相同原子，但是自旋相反。

每束激光形成一個(ge) 駐波，即電場強度在空間上呈周期性變化的圖案，其空間周期為(wei) 500納米。由於(yu) 它們(men) 的偏振不同，每個(ge) 駐波都會(hui) 吸引和聚集兩(liang) 組原子中的一組，這取決(jue) 於(yu) 它們(men) 的自旋。激光可重疊和調諧，使得它們(men) 各自的峰值之間距離隻有50納米，這意味著每個(ge) 激光峰值所吸引的原子將以同樣的50納米隔開。

實驗中所用原子為(wei) 鏑，鏑是自然界最具磁性的原子之一。研究團隊用這種新方法操縱兩(liang) 層鏑原子，並將兩(liang) 層之間的距離精確地定位為(wei) 50納米。在這種極近距離下，磁相互作用比兩(liang) 層之間相隔500納米的情況強1000倍。

研究團隊發現，因原子接近而增強的磁力會(hui) 導致“熱化”，即熱量從(cong) 一層傳(chuan) 遞到另一層，以及各層之間的同步振蕩。當層之間的距離拉大，這些效應就會(hui) 逐漸減弱。

研究人員表示，新技術還可用其他原子來研究量子現象。他們(men) 計劃用該技術來操縱原子，使其形成一個(ge) 純磁性量子門，這是一種新型量子計算機的關(guan) 鍵組成部分。