Dr Michał Tomza oraz doktorant Dariusz Wiater z Wydziału Fizyki UW są współautorami artykułu na łamach „Nature Physics”. Przedstawiono w nim wyniki prac naukowych fizyków z UW oraz Uniwersytetu w Amsterdamie, dzięki którym udało się po raz pierwszy uzyskać ultrazimną mieszaninę atomów i jonów. Badacze przewidują, że takie mieszaniny mogłyby być wykorzystywane jako elementy składowe komputerów kwantowych i bardzo precyzyjnych zegarów.

W ostatnich latach fizycy opracowali techniki tworzenia ekstremalnie zimnych atomów i jonów. Cząstki te mają wiele zastosowań, na przykład można je wykorzystać jako elementy składowe komputerów kwantowych i bardzo precyzyjnych zegarów. Idealnie, do takich zastosowań, mogłyby również nadać się mieszaniny bardzo zimnych atomów i jonów, ale jak dotąd, pomimo wielu starań, możliwe było jedynie osobne schłodzenie poszczególnych rodzajów cząstek do wymaganych temperatur.

Polsko-holenderski zespół zrealizował po raz pierwszy ultrazimne zderzenia w reżimie kwantowym pomiędzy pojedynczym jonem oraz atomami. W opublikowanym artykule naukowcy z Warszawy i Amsterdamu przedstawili wyniki badań teoretycznych i eksperymentalnych, w których udało się stworzyć taką ultrazimną mieszaninę. Było to możliwe między innymi dzięki użyciu ciężkich jonów iterbu zanurzonych w ultrazimnym gazie lekkich atomów litu.

Analiza teoretyczna, prowadzona przez dr. Tomzę i mgr. Wiatera, pozwoliła potwierdzić, że osiągnięto reżim kwantowy zderzeń jon-atom. Dodatkowo, poprzez zbudowanie kompletnego modelu teoretycznego, który odtwarzał wyniki pomiarów, udało się po raz pierwszy określić parametry zderzeń kluczowe do opisu dynamiki badanej mieszaniny. Otrzymane wyniki są efektem kilkuletniej współpracy dr. Tomzy z grupą doświadczalną dr. Renego Gerritsmy z Uniwersytetu w Amsterdamie.

Uzyskane wyniki otwierają wiele nowych możliwości, takich jak kontrola zderzeń pomiędzy jonami i atomami przy użyciu pola magnetycznego. Otrzymana ultrazimna kwantowa mieszanina jonów i atomów może służyć również jako nowa platforma do kwantowych symulacji fizyki wielu ciał. Inną możliwością może być realizacja komputera kwantowego opartego na jonach chłodzonych ultrazimnymi atomami.