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Em muitos países obcecados por beisebol, como Coréia, Japão e Estados Unidos, com os meses de primavera chega o início da temporada e algumas bolas voando pelo ar. Mas não são apenas as bolas que podem ser lançadas. No menor campo imaginável, os cientistas agora mostraram que também podem lançar e capturar átomos individuais usando luz.
Esse feito incrível foi alcançado com armadilhas ópticas, que usam um feixe de laser altamente focado para segurar e mover objetos minúsculos. Embora as armadilhas ópticas tenham sido usadas para mover átomos individuais antes, esta é a primeira vez que um átomo foi liberado de uma armadilha – ou lançado – e então capturado por outra armadilha.
“Os átomos que voam livremente se movem de um lugar para outro sem serem mantidos ou interagirem com a armadilha óptica”, disse o membro da equipe de pesquisa Jaewook Ahn, do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia. “Em outras palavras, o átomo é jogado e preso entre as duas armadilhas ópticas, assim como a bola viaja entre o arremessador e o receptor em um jogo de beisebol.”
Em Óptica, jornal do Optica Publishing Group para pesquisas de alto impacto, os pesquisadores relatam o lançamento bem-sucedido de átomos de rubídio resfriados a uma distância de 4,2 micrômetros a uma velocidade de até 65 centímetros por segundo. A tecnologia pode ser usada para fazer computadores quânticos, que usam a física quântica para resolver problemas complexos demais para os computadores clássicos.
“Esses tipos de átomos voadores podem permitir um novo tipo de computação quântica dinâmica, permitindo que as localizações relativas dos qubits – o equivalente quântico aos bits binários – sejam alteradas mais livremente”, disse Ahn. “Também pode ser usado para criar colisões entre átomos individuais, abrindo um novo campo de química átomo por átomo.”
Como você pega um átomo voador?
A nova pesquisa faz parte do projeto de computação quântica em andamento que envolve o uso de armadilhas ópticas para organizar os átomos em uma matriz específica. “Muitas vezes encontramos erros de arranjo que tornavam uma matriz defeituosa”, disse Ahn. “Queríamos encontrar uma maneira eficiente de consertar uma matriz defeituosa sem ter que mover um grande número de átomos, porque isso poderia resultar em ainda mais defeitos.”
Para criar átomos de vôo livre, os pesquisadores resfriaram os átomos de rubídio para perto de 0 K (perto do zero absoluto de temperatura) e formaram armadilhas ópticas com um laser de 800 nm. Para lançar um átomo, eles aceleram a armadilha óptica que o segura e depois desligam a armadilha. Isso faz com que o átomo seja lançado para fora da armadilha. Outra armadilha é então ativada para capturar o átomo que chega e desacelerada até que o átomo pare completamente.
Para testar seu método, os pesquisadores realizaram um conjunto de demonstrações de prova de princípio. Além de jogar e pegar átomos, eles mostraram que os átomos podiam ser jogados por outra armadilha óptica estacionária e não eram afetados por outros átomos encontrados ao longo do caminho. Eles também usaram seu método para criar matrizes de átomos.
Nos experimentos, os pesquisadores criaram com sucesso átomos voando livremente em cerca de 94% do tempo. Eles agora estão trabalhando para ajustar a técnica para chegar mais perto de 100 por cento de sucesso.
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