北京
來源：科技日報
據《自然·通訊》雜志29日報道，日本自然科學研究機構分子科學研究所研究團隊開發出一種名為“原子相機”的新型顯微技術。他們利用單個超冷原子作為“探針”，在納米尺度上對光場進行成像。該技術不僅能測量光強分布，還首次將光的偏振結構直接可視化，空間分辨率達到100納米以下，突破了傳統光學顯微鏡的衍射極限。該技術有望應用于量子計算及其他新興量子技術領域。
在量子技術中，對具有精細結構的光場進行精確控制至關重要。激光光束常被用于操控物質的量子態，例如在中性原子量子計算機中，由激光形成的微小光點陣列和光晶格結構在操控量子比特中起著核心作用。但在研究其中很多基礎問題時，卻長期難以直接觀測。因為這些光場往往存在于真空腔等封閉環境中，探測器難以直接進入；而通過透鏡遠距離觀測，又容易因像差導致圖像失真。
此次，研究團隊將單個銣原子捕獲在光鑷中，并利用激光冷卻技術將其降至接近絕對零度，使原子的熱運動降到極低水平。隨后，研究人員以納米級精度移動原子位置，讓它在空間中逐點“感受”光場的變化。
當原子處于不同位置時，其內部自旋態的能量會隨著局部光場強度和偏振狀態發生變化。研究人員通過測量這種能量位移，進而重建出光場的空間分布圖像。換言之，這個原子就像一個“逐點走過光場的量子傳感器”，把原本不可見的光信息轉化為可測量的數據。
此外，該方法還首次實現了對光偏振結構的直接成像。團隊發現，一束原本簡單的線性偏振激光，在經過強烈聚焦后，會在焦點附近形成復雜的偏振結構，而這些過去難以直接觀測的微觀變化，如今能夠被“原子相機”清晰記錄。
這項技術為納米尺度光場提供了一種全新的測量手段，有望廣泛應用于量子技術領域。特別是在中性原子量子計算機與量子模擬器中，它可以用于精確表征和調控量子比特的激光場，因為量子比特不僅對光強敏感，也對偏振狀態高度敏感。
特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布，本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
