Piéger des atomes isolés, c'est un peu comme garder des chats, ce qui rend les chercheurs de l'Université du Colorado Boulder experts en lutteurs félins.

Dans une nouvelle étude, une équipe dirigée par la physicienne Cindy Regal a montré qu'elle pouvait organiser des groupes d'atomes individuels en grandes grilles avec une efficacité inégalée par les méthodes existantes.

Les atomes isolés sont un élément constitutif potentiel pour exploiter la physique quantique. Si les chercheurs peuvent capturer et contrôler ces minuscules morceaux de matière avec des lasers, ils peuvent créer de nouveaux types de matériaux qui se comportent de manière étrange. Ils pourraient également conduire à des ordinateurs quantiques qui pourraient un jour remplacer les calculateurs de chiffres traditionnels.

C'est un grand "si, ", disent les chercheurs. Comme ces chats, atomes neutres, ou des atomes sans charge, ne sont pas faciles à apprivoiser :ils sifflent, s'écraser les uns contre les autres et ne jamais rester immobiles longtemps.

C'est là qu'interviennent Regal et ses collègues. Dans une recherche publiée récemment dans Examen physique X , les scientifiques ont rapporté qu'ils ont piégé seul, atomes de rubidium neutres avec une probabilité de 90 %, en utilisant de minuscules faisceaux laser, également appelé « pince à épiler optique ».

La nouvelle recherche est un pas en avant pour maîtriser la dynamique glissante des atomes, dit Regal, professeur agrégé au JILA et au département de physique du CU Boulder.

"Les bits dans un ordinateur quantique seront nécessairement de minuscules choses, " dit-elle. " Et chaque petite chose présente ses propres défis pour les disputes. "

C'est une approche dont beaucoup de chercheurs peuvent profiter, dit Mark Brown, l'un des deux auteurs principaux du nouveau document.

"Tout le monde dans notre domaine doit charger des atomes, " dit Brown, un étudiant diplômé en physique. "Donc, si vous avez une meilleure technique pour attraper des atomes, alors beaucoup de gens peuvent s'en servir."

Améliorer les chances

À ce jour, les scientifiques se sont tournés vers un certain nombre de techniques pour charger leurs atomes, y compris en utilisant des pincettes optiques. Dans cette technique, les chercheurs sillonnent d'abord une série de faisceaux laser pour capter les atomes flottants et les refroidir.

Ensuite, il est temps de vanner. En ajustant soigneusement l'énergie de leurs lasers, les scientifiques ont découvert qu'ils peuvent changer le comportement de leurs atomes, les forçant à s'écraser les uns contre les autres. Comme éliminer les chats de gouttière, ces collisions font sortir les atomes du piège par paires de deux.

Finalement, il ne vous reste qu'un seul, atome survivant. Ou au moins, c'est ce qui arrive environ la moitié du temps, dit Brown.

"Si vous expulsez toutes les paires d'atomes, alors vous vous retrouvez soit avec un atome, soit avec zéro atome, " il a dit.

Son groupe voulait faire mieux qu'un taux de réussite de 50 pour cent. Ils ont commencé par utiliser des lasers d'une couleur légèrement différente de celle que les trappeurs d'atomes choisissent généralement.

Sous cette nouvelle illumination, les atomes de rubidium n'entrent plus en collision, mais au lieu de cela se repoussaient comme en pressant ensemble les mêmes pôles de deux aimants, dit Tobias Thiele, l'autre auteur principal de la nouvelle étude.

"Vous pouvez maintenant faire en sorte qu'un des atomes reste dans le piège et que l'autre s'en aille très loin, " dit Thiele, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Regal. "Vous vous retrouvez avec un seul atome dans le piège environ neuf fois sur 10."

S'organiser

Avec ce niveau de contrôle, les chercheurs ont pu non seulement isoler beaucoup plus d'atomes, mais les organiser plus efficacement. Dans la nouvelle étude, ils ont rapporté qu'ils pouvaient assembler ces atomes dans des grilles parfaites de six par six en une fraction du temps des outils actuels.

Les chercheurs, qui comprenait également les étudiants diplômés Chris Kiehl et Ting-Wei Hsu, travaillent maintenant à augmenter ce nombre, passant de 36 atomes piégés à des centaines voire des milliers.

Et c'est là que le plaisir commence. Une fois que les chercheurs pourront maintenir ces réseaux bidimensionnels ou même tridimensionnels, ils peuvent sélectivement dire à des atomes individuels de se lier à un voisin par le biais d'un processus appelé intrication quantique. Un tel enchevêtrement, dans lequel un atome est fondamentalement connecté à un autre, est la base des ordinateurs quantiques, dit Thiele.

"Ce qui est bien avec ce système, c'est que vous ne pouvez activer et désactiver les interactions que lorsque vous le souhaitez, " il a dit.

Ce qui fait des chats bien élevés.