Ученые давно научились управлять отдельными атомами, создавая из них сверхточные часы и элементы квантовых компьютеров. Однако молекулы — объединения нескольких атомов — до недавнего времени оставались слишком капризными и сложными для подобных манипуляций.
Теперь физики из Национального института стандартов и технологий США (NIST) добились почти идеального контроля над молекулой, что открывает новые возможности для квантовых технологий и химических исследований.
Молекулы гораздо сложнее атомов: они могут вращаться и вибрировать, принимая множество различных состояний. Если атом можно представить как шарик, который выглядит одинаково с любой стороны, то даже самая простая молекула напоминает асимметричную гантель, меняющую свой вид при каждом повороте. Эта сложность делает молекулы чувствительными к изменениям окружающей среды — например, к температуре. И именно повышенная чувствительность долгое время мешала ученым контролировать молекулы.
«Если частица слишком чувствительна, это может мешать работе или, наоборот, давать преимущество — все зависит от того, как это использовать», — отмечает физик Дитрих Лейбфрид из NIST. Чтобы эту чувствительность обуздать, авторы исследования применили технику квантовой логической спектроскопии — ее придумали раньше для сверхточных атомных часов, а теперь адаптировали для молекул.
Ученые поместили в одну ловушку два заряженных объекта — ион кальция и молекулу гидрида кальция. Их одинаковые заряды заставляли их отталкиваться друг от друга, словно между ними находится сжатая пружина. Считать состояние молекулы при помощи лазера на практике невозможно — она на свет почти не реагирует, зато кальциевый ион отлично «слышит» лазерные импульсы и действует как посредник. Охладив его с помощью лазеров, физики замедлили и движение молекулы — ведь, находясь в ловушке, молекула и ион кальция оказались связаны в единой системе. Так через стабилизацию иона кальция ученым удалось стабилизировать и молекулу, «заморозив» ее состояние в десять раз дольше, чем при комнатной температуре.
Источник: hi-tech.mail.ru