目前，在保罗谢勒研究所（PSI）工作的一个国际团队在原子尺度上观察到了一种相关效应。研究人员首次通过将激光聚焦在单个离子上并测量光与离子的相互作用方式，在实验上证实了光学马格努斯效应。
该效应并不会使原子沿曲线路径运动，而是改变了激光与离子相互作用最强的位置。该相互作用点会发生轻微的侧向移动，这一发现对于利用激光极高精度控制量子比特的量子计算机可能具有重要意义。研究结果发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。
激光的最强相互作用点略微偏离中心
乍看之下，认为离子与激光相互作用最强的位置恰好位于光束最亮点似乎是合理的。但当激光被极度聚焦时，其电磁场的结构会变得更加复杂。
由于这种改变后的场结构，最强的相互作用并非恰好发生在光束中心，而是出现在略微偏向一侧的位置。这种微小的侧向位移正是马格努斯效应的光学对应，后者使得旋转的乒乓球在空气中划出弧线。
这种微小的位移在量子计算中可能变得至关重要。激光常被用于极高精度地改变量子比特的状态。如果忽略光学马格努斯效应，可能会干扰这种控制并导致误差。
同样的效应也可能具有实用价值。来自PSI光子科学中心和苏黎世联邦理工学院物理系的第一作者Philip Leindecker解释道：“它产生的力可用于耦合量子比特，从而实现更复杂的计算。”
利用单个离子测绘激光光束
为了检测该效应，研究人员使用单个钙离子作为极其灵敏的探针。这个带电原子被几乎静止地囚禁在离子阱中，离子阱利用电磁场将离子固定在原位。
囚禁离子也被广泛用于量子计算。它们可以作为量子比特，通过精心控制的激光脉冲来操纵其量子态。
在实验中，团队移动钙离子穿过紧密聚焦激光束的不同部位，并测量其在每个位置与光相互作用的强度。
“我们的离子就像一个微型传感器，我们可以用它来探测激光的结构，”Leindecker解释道，“这使得测量仅几百纳米的位移成为可能。”
测量结果揭示了另一个令人惊讶的特征。侧向位移的大小仅取决于光的波长，而与激光束聚焦的紧密程度无关。
阿姆斯特丹大学的研究人员几年前已在理论上预言了光学马格努斯效应。通过使用囚禁的钙离子作为显微探针，该团队如今首次在实验上观察到了这一效应，并更详细地测量了其行为特性。