توانایی ذخیره مولکول‌ها در تله‌های نوری قابل تنظیم مجدد می‌تواند به محققان اجازه دهد تا از فیزیک غنی مولکول‌ها در کاربردهای کوانتومی استفاده کنند.

اتم های فوق سرد یک زیرساخت امیدوارکننده برای علوم کوانتومی هستند. به لطف خواصی مانند قطبیت و در دسترس بودن حالت های چرخشی که اتم ها فاقد آنند، مولکول ها می توانند حتی بهتر باشند. اکنون دو گروه مستقل موفق به پر کردن آرایه‌های یک بعدی از تله‌های نوری با مولکول‌های قطبی فوق‌سرد شده‌اند که از اتم‌های فوق‌سرد سر هم ‌شده‌اند [1، 2]. این گروه‌ها همچنین نشان دادند که می‌توانند حالت‌های کوانتومی تک تک مولکول‌ها را تنظیم کرده، تغییر داده و بخوانند. با این شاهکار می توان تکنیک‌های توسعه‌یافته برای اتم‌های به دام افتاده را با مولکول‌ها پیاده‌سازی کرد و فیزیک مولکولی غنی‌تر را برای کاربردهای کوانتومی جدید در دسترس قرار داد.

گروه ها با مولکول های مختلف کار کردند. سیمون کورنیش Simon Cornish و همکارانش از دانشگاه دورهام در بریتانیا از مولکول های روبیدیم-سزیم (RbCs) استفاده کردند [1]. کانگ کوئن نی Kang-Kuen Ni و همکارانش از دانشگاه هاروارد مولکول های سدیم-سزیم (NaCs) را به کار بردند [2]. هر دو گروه مولکول‌های خود را با استفاده از آرایه‌هایی از پرتوهای لیزری بسیار متمرکز معروف به انبرک نوری به دام انداختند.

تیم ها از دو آرایه انبرک، یکی برای هر نوع اتم استفاده کردند. پس از قرارگیری اتم های سرد Cs در یک آرایه و اتم های سرد Rb یا Na در آرایه دیگر، آنها این دو آرایه را ادغام کردند. سپس از یک میدان مغناطیسی برای ایجاد برهمکنش پیوندی بین اتم ها - از طریق به اصطلاح تشدید فشباخ - و از لیزر برای هدایت تشکیل مولکول ها استفاده کردند. برای شناسایی تله‌هایی که در آن‌ها تشکیل مولکول موفقیت‌آمیز بود، تیم‌ها تلاش کردند تا یک اتم را از هر تله حذف کنند: حذف اتم فقط در صورتی امکان‌پذیر بود که تله حاوی مولکول نباشد. آنها با دور انداختن تله‌های شامل اتم‌ها و جمع آوری آن‌هایی که دارای مولکول بودند، یک آرایه پر با تراکم‌ بیشتر ایجاد کردند.

گروه های دورهام و هاروارد نشان دادند که می‌توانند حالت‌های چرخشی مولکول‌های منفرد را با استفاده از تپ های میکروموج دستکاری کرده و بخوانند - یک ویژگی جذاب برای انواع کاربردها. علاوه بر این، از آنجایی که RbCs و NaCs مولکول‌های قطبی هستند، می‌توان از آنها در طرح‌هایی استفاده کرد که برهمکنش‌های دوقطبی-دوقطبی مولکولی را مهندسی می‌کنند. چنین طرح‌هایی می‌توانند فرصت‌های جدیدی را در شبیه‌سازی و محاسبات کوانتومی، به‌ویژه تقلید سیستم‌های برهمکنش اسپینی و تولید کیوبیت‌های چندسطحی، ایجاد کنند.

1. D. K. Ruttley et al., “Enhanced quantum control of individual ultracold molecules using optical tweezer arrays,” PRX Quantum 5, 020333 (2024).

2. L. R. B. Picard et al., “Site-selective preparation and multistate readout of molecules in optical tweezers,” PRX Quantum (to be published) (2024), arXiv:2401.13659.

منبع:

Fine Control of Ultracold Polar Molecules