ควอนตัมล้ำยุค! นักฟิสิกส์เยอรมันจับอะตอมสตรอนเทียมอยู่ได้นานกว่า 2 ชั่วโมง ทำลายสถิติเดิม

นี่คือผลการตรวจสอบข้อเท็จจริงเกี่ยวกับความก้าวหน้าทั้งสองชิ้น

1. MPQ Garching: กักเก็บอะตอม Sr-88 ตัวเดียวได้นาน 2 ชั่วโมงในสุญญากาศ

นักวิจัยจาก Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) ประสบความสำเร็จในการกักเก็บอะตอม (^{88}\mathrm{Sr}) ตัวเดียวในอาเรย์กับดักแสง (optical tweezer array) ขนาด (16 \times 16) ได้นานถึง สองชั่วโมง โดยอายุการกักเก็บถูกจำกัดด้วยสุญญากาศเท่านั้น ผลงานนี้ถูกตีพิมพ์เป็น preprint ใน arXiv (2607.12988) เมื่อวันที่ 15 กรกฎาคม 2026

ทำอย่างไรถึงสำเร็จ

• เพิ่มประสิทธิภาพสุญญากาศด้วยความเย็นจัด: ทีมงานสร้างไครโอสแตท (cryostat) ที่มีปลายเย็นถึง 4 K (ประมาณ -269 องศาเซลเซียส) และวางไว้ห่างจากอาเรย์กับดักแสงประมาณ 30 ซม. การทำงานของไครโอสแตทช่วยลดความดันของแก๊สไฮโดรเจนที่หลงเหลืออยู่ (ซึ่งเป็นแก๊สพื้นหลังหลัก) ได้อย่างมาก ถึงแม้ว่าปลายเย็นจะไม่ได้สัมผัสกับบริเวณที่กักเก็บอะตอมโดยตรงก็ตาม
• การเลือกวัสดุและการอบ: ห้องสุญญากาศทำจาก ไทเทเนียมเกรด 2 เป็นส่วนใหญ่ (ซึ่งมีคุณสมบัติปล่อยแก๊สออกมาได้น้อยกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม โดยเฉพาะอย่างยิ่งแก๊สไฮโดรเจน) ห้องถูกอบที่อุณหภูมิสูง 320 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 3 สัปดาห์ ตามด้วยการอบที่อุณหภูมิต่ำประมาณ 150 องศาเซลเซียสอีก 2 สัปดาห์

นวัตกรรมออกแบบไครโอสแตท: การเข้าถึงแสงได้เต็มที่โดยไม่ต้องมีส่วนหุ้มเย็นที่ซับซ้อน

หัวใจสำคัญของการออกแบบคือ เลนส์และอุปกรณ์สำหรับสร้างภาพและกับดักแสงทั้งหมดถูกวางไว้ภายนอกห้องแก้ว (glass cell) โดยทำงานที่อุณหภูมิห้องในอากาศ ซึ่งช่วยหลีกเลี่ยงความจำเป็นในการใช้เลนส์วัตถุที่ต้องทนต่อสุญญากาศและความเย็นจัด รวมถึงการหดตัวจากความร้อน โดยที่ตัวห้องแก้วนั้นอยู่ในส่วนที่อุณหภูมิห้องของห้องสุญญากาศ ในขณะที่มีเพียงปลายเย็นภายในห้องสุญญากาศเท่านั้นที่ถูกทำให้เย็นลง

这意味着ระบบยังคง สามารถเข้าถึงแสงได้อย่างเต็มที่ — สามารถใช้เลนส์วัตถุที่มีรูรับแสงสูง (high-NA) ที่มีขายทั่วไปได้ — โดยแลกกับการที่ไม่สามารถป้องกันอะตอมจากรังสีวัตถุดำ (blackbody radiation) ที่อุณหภูมิห้องได้ ผู้เขียนชี้ว่าสิ่งนี้เข้ากันได้กับการใช้เทคนิค microwave shielding ที่อุณหภูมิห้องสำหรับการทดลองเกี่ยวกับสถานะริดเบิร์ก (Rydberg) ในอนาคต

เส้นทางสู่ defect-free arrays ที่มีอะตอมหลายหมื่นตัว

บทความระบุอย่างชัดเจนว่าอายุการกักเก็บที่ยาวนานขึ้นนั้นช่วยให้สามารถสร้างอาเรย์ที่เรียงลำดับแล้ว (sorted arrays) ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นได้ เนื่องจากเวลาในการเรียงลำดับจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามจำนวนอะตอม และความน่าจะเป็นที่จะรักษาอาเรย์ที่ไม่มีตำหนิ (defect-free) ไว้ได้นั้นจะลดลงแบบทวีคูณเมื่อขนาดใหญ่ขึ้น อายุการกักเก็บในสุญญากาศที่ยาวนานหลายชั่วโมงจึงให้เวลาที่เพียงพอสำหรับประกอบโครงสร้างอะตอมที่มีลำดับขนาดใหญ่ ด้วยการเข้าถึงแสงอย่างเต็มที่ซึ่งช่วยให้สามารถใช้เลนส์ที่มีขอบเขตภาพกว้าง (large-field-of-view) และเลเซอร์กำลังสูงสำหรับโครงตาข่ายเชิงแสง (optical lattices) ขนาดใหญ่ ทีมงานคาดการณ์ถึง เส้นทางที่เป็นจริงไปสู่อาเรย์ที่ไม่มีตำหนิซึ่งมีอะตอมหลายหมื่นตัว และอาจเกิน 100,000 อะตอม

---

2. Humboldt-Universität zu Berlin: กับดักนาโนโฟโตนิกแบบไฮบริดที่ใช้แรงพื้นผิว

นักวิจัยจาก Humboldt-Universität zu Berlin (กลุ่มของ Prof. Arno Rauschenbeutel) ได้สาธิต กับดักนาโนโฟโตนิกแบบไฮบริด สำหรับอะตอมซีเซียมเย็นใน preprint (arXiv:2509.17767, กันยายน 2025) และตีพิมพ์ผลงานใน Nature Photonics

ทำงานอย่างไร

• กับดักนี้ใช้ แรงพื้นผิว (อันตรกิริยา Casimir–Polder รวมกับประจุไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวเส้นใยนาโน) เพื่อดึงดูดอะตอม ในขณะที่ สนามแสงเอวาเนสเซนต์สีน้ำเงิน (blue-detuned) เพียงสนามเดียว ให้แรงผลัก
• ซึ่งมาแทนที่กับดักไดโพลสองสี (สีแดง + สีน้ำเงิน) ที่เป็นมาตรฐานสำหรับการกักเก็บอะตอมบนเส้นใยนาโน โดยตำแหน่งต่ำสุดของกับดักอยู่ห่างจากพื้นผิวเส้นใยนาโนประมาณ 650 นาโนเมตร และมีความลึกของกับดักประมาณ 1 μK

ผลงานสำคัญที่สาธิตได้

• เวลาเก็บกักอะตอม: 140(9) มิลลิวินาที — นานกว่าในกับดักไดโพลสองสีมาตรฐาน แม้ว่ากับดักแบบไฮบริดจะตื้นกว่าอย่างมีนัยสำคัญ
• เวลาแรมซีย์โคฮีเรนซ์ (Ramsey coherence time): 16.8(2) มิลลิวินาที — นานกว่ากับดักท่อนำคลื่นนาโนโฟโตนิกแบบก่อนหน้ามากกว่า 10 เท่า เนื่องจากอะตอมใช้เวลาส่วนใหญ่อยู่ในบริเวณที่มีแสงน้อย ซึ่งช่วยลดการสูญเสียความต่อเนื่องเฟสจากความแตกต่างของ light shift (differential light-shift decoherence)

ความสำคัญ

ผลงานนี้แสดงให้เห็นว่าแรงพื้นผิว ซึ่งปกติถือว่าเป็นสิ่งรบกวนที่ต้องลดให้น้อยที่สุดนั้น สามารถ ถูกนำมาใช้เป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ สำหรับการกักเก็บอะตอมได้ ซึ่งช่วยลดข้อกำหนดด้านแสงที่ยุ่งยาก (ต้องใช้ลำแสงเลเซอร์น้อยลง) และปรับปรุงความต่อเนื่องเฟส (coherence) ได้อย่างมาก ทำให้มีแนวโน้มสูงสำหรับการนำไปใช้ในหน่วยความจำควอนตัม โหนดเครือข่ายควอนตัม และอุปกรณ์ควอนตัมนาโนโฟโตนิกอื่นๆ