استفاده از لیزر برای سرد کردن مولکول‌ها

سال‌هاست که لیزر به‌عنوان یک نور متمرکز پرانرژی شناخته می‌شود که می‌تواند در
مسیر خود هر چیزی را بریده و از آن عبور کند. حال گروهی از فیزیکدان‌های دانشگاه
Yale از نور لیزر برای هدفی کاملاً متفاوف بهره برده‌اند: سرد کردن مولکول‌ها تا
دمای نزدیک صفر مطلق حدود ۲۳۳- درجه سیلسیوس. این روش جدید برای سرد کردن مولکول‌ها
با استفاده از تابش لیزر یک گام بزرگ به‌سوی استفاده از مولکول‌های منفرد به‌عنوان
بیت‌های اطلاعاتی در محاسبات کوانتومی محسوب می‌شود.

در حال حاضر دانشمندان در تلاش برای ساخت پردازشگرهای کوانتومی یا از اتم‌ها منفرد
و یا از «اتم‌های مصنوعی» به‌عنوان کیوبیت‌ها یا بیت‌های کوانتومی استفاده می‌کنند.
اما اتم‌های منفرد آنگونه که برای کیوبیت‌ها نیاز است، با یکدیگر ارتباط برقرار نمی‌کنند.
در سوی دیگر اتم‌های مصنوعی قرار دارند که در حقیقت ابزارهای مدار مانندی هستند که
از میلیون‌ها اتم ساخته شده و به‌نحوی طراحی شده‌اند که شبیه یک اتم منفرد عمل کنند.
این ابزارها با وجودی که به‌خوبی با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند، اما ساختار
بزرگی داشته و به‌راحتی تحت تأثیر تغییرات محیط اطراف قرار می‌گیرند. مولکول‌ها می‌توانند
هر دوی این مشکلات را حل کنند.

دیوید دِمیله، استاد فیزیک دانشگاه Yale که رهبری این پژوهش را بر عهده داشته است
می‌گوید: «اتم‌های مصنوعی بسیار بزرگ بوده و اتم‌ها بسیار کوچک هستند، اما مولکول‌هایی
که از چند اتم مختلف ساخته شده‌اند، اندازه مناسبی دارند».

برای اینکه محققان بتوانند از مولکول‌ها به عنوان بیت‌های کوانتومی استفاده کنند،
ابتدا باید بتوانند آنها را دستکاری و کنترل نمایند که کار بسیار دشواری است؛ زیرا
نمی‌توانیم مولکول‌ها را بدون آنکه بر ویژگی‌های کوانتومی آنها تأثیر بگذاریم،
گرفته و حرکت دهیم. به علاوه، حتی در دمای اتاق نیز مولکول‌ها انرژی جنبشی زیادی
دارند که موجب حرکت، چرخش و ارتعاش آنها می‌شود.

گروه تحقیقاتی Yale برای غلبه بر این مشکل مولکول‌ها را با استفاده از ضربه‌های
کوچکی که توسط یک جریان ثابت از فوتون‌های لیزری ایجاد می‌شد، فشار دادند. آنها با
استفاده از تابش‌های لیزر که از سمت مخالف به مولکول‌ها تابانده می‌شد، توانستند
سرعت حرکات اتفاقی مولکول‌ها را کاهش دهند. این روش سرد کردن لیزری نامیده می‌شود،
زیرا دما در حقیقت اندازه‌گیری سرعت حرکت گروهی از مولکول‌ها می‌باشد. کاهش حرکت
مولکول‌ها تا حد ثابت بودن به معنی رساندن دمای آنها به صفر مطلق است.

قبلا از لیزر برای سرد کردن اتم‌های منفرد استفاده شده بود، اما این اولین بار است
که از این روش برای سرد کردن مولکول‌ها استفاده می‌شود.

جزئیات این تحقیق در مجله Nature منتشر شده است.