پژوهش­گران موفق شده‌­اند دو اتم را به صورت مولکولی ترکیب کنند که حالت کوانتومی دقیق و بازگشت پذیری داشته و به حد کافی عمر طولانی دارد تا مورد اندازه گیری قرار گیرد.

مولکول های منفردی که حالات کوانتومی معینی دارند می توانند بلوک های ساختمانی آرایه­ های مولکولی جهت کاربردهای محاسبات کوانتومی را فراهم کنند. اما ابتدا پژوهشگران لازم است فناوری­ هایی را برای ایجاد این مولکول­ ها توسعه دهند. اکنون جسیس زانگ (Jessie Zhang ) از دانشگاه هاروارد و همکارانش چنان فناوری را برای تشکیل تک مولکول های NaCs با طول عمر بیشتر در یک حالت کوانتومی ویژه و بازگشت پذیر به اثبات رسانده اند.

در این آزمایش تیم پژوهشی یک اتم Na و یک اتم Cs را با همدیگر در مرکز یک تله انبرک لیزری محدود کرده­ اند. سپس یک میدان مغناطیسی را به این تله اعمال کرده­ اند که سبب شده اتم­ها در فرایند موسوم به magnetoassociation با همدیگر پیوند بخورند. وقتی اتم­ های Na و Cs در پایین­ ترین حالات حرکتی خود قرار دارند مولکول نیز در این حالت قرار خواهد داشت. اما وقتی تک تک اتم­ ها در حالات برانگیخته قرار داشته باشند مولکول تشکیل شده یک حالات برانگیخته­ ی چرخشی تشکیل می­ دهد. با معکوس کردن این روند تیم پژوهشی دریافت که این فرایند کاملا برگشت پذیر است: آن ها اتم­ های اصلی را در حالات اصلی­ شان بازیابی کردند.

این فناوری جدید دو روش قبلی (که توسط گروه پژوهشی یکسانی انجام شده) را بهبود بخشیده است. هردوی این رهیافت ها مولکول­ هایی را در حالات کوانتومی مشخص و جدید ایجاد می­ کنند که این کار توسط لیزرهایی برای مرتبط ساختن اتم­ ها صورت می­ گیرد. در یک مورد مولکول­ های برانگیخته سریعا به دیگر حالات واپاشی می کنند که غیر قابل آشکارسازی اند. (اینجا را ببینید.) در مورد دیگر لیزرهایی که برای ساختن مولکول ها استفاده شده، مولکول ها را قبل از آن که تیم بتواند اندازه گیری هایی را انجام دهد از بین می­ برد. (اینجا را ببینید.) روش آخر به هردوی این مشکلات غلبه کرده و مولکول هایی را با طول عمر 4.7 میلی ثانیه تولید کرده است. به گفته ژانگ پژوهش های بیشتری در آینده باید انجام شود تا بتوان مولکول­ های قابل استفاده­ ای را به منطور کاربردهای علم کوانتوم ایجاد کرد. این طول عمرِ بیشتر امکان انجام چنان کاری را ممکن می­ سازد.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز انتشار یافته است.

درباره‌ی نویسنده:

کاترین رایت سردبیر ارشد مجله فیزیک است.

منبع: