借助量子模拟器将原子排列得尽可能紧密，科学家能够探扬中异的物质状态，并制造出百色量子材料。传统的模拟器中的原子间距至少为 500 纳米。如今，来自美国麻省理工学院的研究人员开发了一种突破此项限制的新技术，将原子间距缩小到原来的十分之一，仅为 50 纳米。相关研究发表在最新一期的《科学》杂志中。
在量子力学领域，邻近性至关重要。原子越靠近，相互作用越强。为了操控和排列原子，科学家通常先将一团原子云冷却到接近绝对零度，然后借助激光束系统将原子限制在光阱中。
在此次研究中，研究团队首先将原子云冷却到约 1 微开尔文，仅比绝对零度稍高，此时原子几乎处于静止状态。然后，他们利用激光将冷冻粒子移动到指定位置。
研究人员使用了频率（颜色）和偏振角不同的两束激光。当两束光穿过超冷原子云时，原子会根据激光束的偏振方向调整自旋，使光束产生两组相同的原子，但自旋相反。
每束激光形成驻波，即电场强度在空间上周期性变化的图案，其空间周期为 500 纳米。由于偏振不同，每个驻波会吸引和聚集两组原子中的一组，具体取决于它们的自旋。可以将激光层叠并调谐，使它们的峰值间距离仅为 50 纳米，这意味着每个激光的峰值所吸引的原子将以相同的 50 纳米间隔排列。
实验中使用的原子为镝，这是自然界最具有磁性的原子之一。研究团队利用这种新方法操控了两层镝原子，并将两层之间的距离精确地定位为 50 纳米。在此极近距离下，磁相互作用比两层相距 500 纳米时强 1000 倍。
研究团队发现，原子靠近而产生的磁力增强会导致“热化”，即热量从一层传递到另一层，以及各层间的同步振荡。当层之间的距离拉开时，这些效应会逐渐减弱。
研究人员表示，新技术还可以用来研究其他原子的量子现象。他们计划利用该技术操控原子，使其形成纯磁性量子门，这是新一代量子计算机的关键组成部分。
