利用量子模擬器將原子盡可能緊密排列在一起，有助科學家探索奇異物質狀態，建構新型量子材料。傳統上，這些模擬器捕獲原子的間隔至少為500奈米。現在，美國麻省理工學院研究人員開發出一種新技術，突破了這個限制，將原子間距離縮小到原來的1/10，相距僅50奈米。相關研究發表在最新一期《科學》雜誌。

《科學》雜誌論文截圖

在量子力學領域，鄰近性佔主導地位。原子越近，它們的相互作用就越強。為了操縱和排列原子，科學家通常先將一團原子雲冷卻到接近絕對零度，然後使用雷射光束系統將原子限制在光陷阱中。這次，研究團隊首先將原子雲冷卻到大約1微開爾文，僅比絕對零度高一點點，此時原子幾乎處於靜止狀態。然後，他們用雷射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奈米。圖片來源：物理學家組織網

研究人員使用了兩束具有不同頻率（顏色）和偏振角度的雷射。當兩束光穿過超冷原子雲時，原子會沿著兩束雷射的偏振方向調整自旋方向，使光束產生兩組相同原子，但自旋相反。

每束雷射形成一個駐波，即電場強度在空間上呈現週期性變化的圖案，其空間週期為500奈米。由於它們的偏振不同，每個駐波都會吸引和聚集兩組原子中的一組，這取決於它們的自旋。雷射可重疊和調諧，使得它們各自的峰值之間距離只有50奈米，這意味著每個雷射峰值所吸引的原子將以同樣的50奈米隔開。

實驗中所用原子為鏑，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層鏑原子，並將兩層之間的距離精確地定位為50奈米。在這種極近距離下，磁相互作用比兩層之間相隔500奈米的情況強1000倍。

研究團隊發現，因原子接近而增強的磁力會導致“熱化”，即熱量從一層傳遞到另一層，以及各層之間的同步振盪。當層之間的距離拉大，這些效應就會逐漸減弱。

研究人員表示，新技術還可用其他原子來研究量子現象。他們計劃用該技術來操縱原子，使其形成一個純磁性量子閘，這是一種新型量子電腦的關鍵組成部分。