Att fånga enstaka atomer är lite som att valla katter, vilket gör forskare vid University of Colorado Boulder expertkattkämpar.

I en ny studie, ett team under ledning av fysikern Cindy Regal visade att det kunde organisera grupper av enskilda atomer i stora nät med en effektivitet utan motstycke med befintliga metoder.

Ensamma atomer är en potentiell byggsten för att utnyttja kvantfysik. Om forskare kan fånga och kontrollera dessa små bitar av materia med lasrar, de kan skapa nya typer av material som beter sig på konstiga sätt. De kan också leda till kvantdatorer som en dag kan ersätta traditionella nummerknusare.

Det är en stor om, säger forskare. Som de där katterna, neutrala atomer, eller atomer utan kostnad, är inte lätta att tämja:de susar runt, krascha i varandra och aldrig sitta still länge.

Det är där Regal och hennes kollegor kommer in. I forskning som nyligen publicerades i Fysisk granskning X , forskarna rapporterade att de fångade singlar, neutrala rubidiumatomer med 90 procents sannolikhet, med små laserstrålar, även kallad "optisk pincett".

Den nya forskningen är ett steg framåt för att behärska atoms hala dynamik, sade Regal, docent i JILA och Institutionen för fysik vid CU Boulder.

"Bitar i en kvantdator kommer nödvändigtvis att vara små saker, "sa hon." Och varje liten sak presenterar sina egna utmaningar för att bråka. "

Det är ett tillvägagångssätt som många forskare kan dra nytta av, sa Mark Brown, en av två huvudförfattare till den nya uppsatsen.

"Alla i vårt fält måste ladda atomer, "sa Brown, en doktorand i fysik. "Så om du har en bättre teknik för att fånga atomer, då kan många använda detta. "

Förbättra oddsen

Hittills, forskare har använt sig av ett antal tekniker för att ladda sina atomer, inklusive användning av optisk pincett. I den tekniken, forskare korsar först en serie laserstrålar för att fånga flytande atomer och kyla ner dem.

Då är det dags att vinna. Genom att noggrant anpassa energin i deras lasrar, forskare har upptäckt att de kan ändra beteendet hos sina atomer, tvingar dem att krascha in i varandra. Som att skrota grändkatter, dessa kollisioner slår ut atomer ur fällan i par om två.

Så småningom, du är kvar med en enda, överlevande atom. Eller åtminstone, det är vad som händer ungefär hälften av tiden, Sa Brown.

"Om du sparkar ut alla par atomer, då sitter du antingen kvar med en atom eller noll atomer, " han sa.

Hans grupp ville göra det bättre än en framgångsgrad på 50 procent. De började med att använda lasrar med en något annan färg än atomfällare vanligtvis väljer.

Under denna nya belysning, rubidiumatomerna kolliderade inte längre, men istället avvisade varandra som att pressa ihop samma poler med två magneter, sa Tobias Thiele, den andra huvudförfattaren till den nya studien.

"Du kan nu göra det så att en av atomerna stannar kvar i fällan och den andra går väldigt långt bort, sa Thiele, en postdoktor i Regals lab. "Du hamnar bara med en atom i fällan ungefär nio gånger av tio."

Att få ordning

Med den kontrollnivån, forskarna kunde inte bara isolera många fler atomer, men organisera dem mer effektivt. I den nya studien, de rapporterade att de kunde montera dessa atomer till perfekta sex-till-sex nät på en bråkdel av tiden med nuvarande verktyg.

Forskarna, som också inkluderade doktorander Chris Kiehl och Ting-Wei Hsu, arbetar nu med att höja det antalet, från 36 fångade atomer till hundratals eller till och med tusentals.

Och det är då det roliga börjar. När forskare väl kan behålla dessa två- eller till och med tredimensionella galler, de kan selektivt berätta för enskilda atomer att de ska ansluta sig till en granne genom en process som kallas kvantinvikling. Sådan trassel, där en atom är grundläggande kopplad till en annan, är grunden för kvantdatorer, Sa Thiele.

"Det fina med det här systemet är att du bara kan slå på och av interaktioner när du vill, " han sa.

Vilket ger några välskötta katter.