量子信息的一个挑战是找到一种方法将其从一个地方移动到另一个地方，同时保留其量子性质。像电子这样的带电粒子很容易移动，但容易与杂散的电场和磁场相互作用，导致量子信息泄露。
相比之下，中性原子不容易以这种方式相互作用，但很难在不破坏其携带的量子信息的情况下将其推动。但如果科学家们能找到一种让它们自由飞行的方法，它们将是完美的。
光学棒球
韩国科学技术院（位于韩国大田）的 Hansub Hwang 及其同事，以及日本的其他人，提出了解决方案。该团队找到了一种在不干扰原子的情况下运输它们的方法。他们的解决方案是使用光镊来“投掷”和“接住”它们，就像棒球手套一样。
光镊由物理学家 Arthur Ashkin 于 20 世纪 70 年代初在新泽西州贝尔实验室发明。（2018 年，他因这项工作获得了诺贝尔物理学奖。）在其最简单的形式中，光镊由一个形状良好的光学场组成，原子可以像鸡蛋放在蛋杯里一样坐在其中。
自那时以来，光镊已发展成灵敏的仪器，能够拾取原子、移动它们，甚至将它们固定在由数百个原子组成的巨大晶格中，就像鸡蛋放在巨大的鸡蛋盒里一样。
这些阵列有多种用途，尤其是在量子计算机中，每个原子都可以存储量子信息，可以单独寻址，也可以移动以与其他原子相互作用。
但是加速和移动原子很棘手。光镊夹住原子的时间越长，与原子相互作用并破坏原子所携带的量子信息的可能性就越大。这使得科学家们无法使用光镊在比最短距离更长的距离上移动原子。
尽管如此，Hwang 及其同事设想使用光镊加速原子，然后释放它，就像棒球投手投掷棒球一样。同一个装置也可以像光学棒球手套一样接住原子。
最大的优点是，释放后，原子自由飞行，在飞行过程中不易与任何东西发生相互作用。这保留了它所携带的任何量子信息。
该团队使用冷却到 40 微开尔文的铷原子测试了这个想法。在这些测试中，原子达到了每秒 0.65 米的速度（相当于慢走的速度），传输效率为 93%。该团队表示：“我们提供了一系列原理性的飞行原子演示，包括通过光镊进行原子传输、通过飞行原子进行原子排列以及原子在光镊上的散射。”
量子传输器
原子投掷技术有很多应用。也许最令人兴奋的是在量子计算机中传输量子信息——这是一项说起来容易做起来难的任务。通过这种方式，原子充当量子存储器。
另一项应用是帮助填充某些位置缺少原子的光学晶格。Hwang 及其同事通过创建一个 3x3 的晶格并用原子填充除中心阱之外的所有阱来测试这个想法。然后，他们将最后一个原子“投掷”到位。
Hwang 及其同事表示：“我们的研究表明，飞行原子不仅可以应用于单原子低能碰撞等基础研究，还可以应用于非光量子通信和基于飞行量子比特的量子计算。”
但显然还有更多乐趣。不知何时会有人挑战 Hwang 及其同事来一场光学棒球比赛？
参考：光镊“投掷”和“接住”单个原子：arxiv.org/abs/2212.01037
