在一项有望帮助人们打造快速量子计算机的研究成果中，美国密歇根大学物理学家发现了更加理想的里德伯（Rydberg）原子阱。在量子信息处理或高精度光谱学方面，新的里德伯原子阱优于其他原子阱。研究结果发表于《物理评论快报》（PRL）。

 

里德伯原子是指处于高激发态（或接近离子状态）的原子，这时的原子大小比其处于基态时的要大数千倍。由于尺寸巨大，里德伯原子间的相互作用要比正常原子的强100万倍。这正是为何里德伯原子可以用于更快的量子电路的原因。

 

密歇根大学物理系教授格奥尔格·瑞瑟尔和同事开发的里德伯原子阱是一个由相干激光束组成的光学晶格（optical lattice）。他说，与其他的里德伯原子阱相比，光学晶格能够让原子的能级位移最小化，这对原子的应用来说是十分重要的。

 

瑞瑟尔他们以软金属铷为研究对象。该金属在室温时，原子的速度与声速相当，约每秒300米。实验中，他们利用激光将原子进行冷却，使原子的速度下降到每秒10厘米，相当于蚊子的飞行速度。瑞瑟尔的同事说，他们利用冷却激光结合磁场的方法捕捉到基态的铷原子，随后将这些原子激发成里德伯原子，并借助由高强度相干激光束形成的光学晶格所产生的“有质动力”，成功地将金属铷的里德伯原子捕捉住。简单讲，就是激光组成的光学晶格捕捉到了处于高激发态的整个铷原子。

 

利用“微波频谱”技术，研究人员分析了光学晶格对金属铷的里德伯原子的影响。他们表示，从本质上讲，他们在实验中能够追踪原子的运动，知道它们是处在电磁场中阱的底部还是在阱的周围漫游，而这能够让他们优化光学晶格的性能。