2026年8月27日——乒乓球职业选手是操控高速飞行物体的真正大师。他们只需在发球时施加精准的旋转，就能让小白球笔直地飞向球台边缘，然后在最后一刻突然转身，划出一道弧线，落入左侧底角。这种运动技巧背后的物理现象被称为马格努斯效应。它适用于各种大小的球，并且已经帮助决定了不少足球比赛的胜负。

保罗·谢勒研究所 (PSI) 的一个国际研究合作团队如今已将研究对象从球体扩展到原子，首次通过实验验证了所谓的光学马格努斯效应。然而，与以往不同的是，这次并没有原子沿曲线轨迹运动。研究人员将一束高度聚焦的激光束照射到单个离子上，并观察由此产生的相互作用。

由此，他们得以证明最大相互作用点发生了横向偏移——这一发现对于量子计算机的发展至关重要，因为量子计算机利用激光来精确控制量子比特。研究人员已将他们的发现发表在《 物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上。

当中心突然偏离中心时

当一束聚焦的激光束照射到离子上时，人们通常会认为最强的相互作用发生在激光束强度最高的地方：即中心。然而，激光束的聚焦也会改变其电磁场的空间结构。因此，与离子相互作用最强的位置并非正好在激光束的中心，而是略微偏向一侧。这种侧向偏移与乒乓球飞行中观察到的马格努斯效应在光学上表现得类似。

正如体育运动中意外的偏差可能导致丢球一样，在量子计算机中，意外偏差也可能导致失控。量子计算机利用激光选择性地改变量子比特的状态。如果不加以考虑，光学马格努斯效应可能会干扰这种精确控制，并导致误差。

与此同时，这种效应也带来了一个机会：“它产生的力可以用来将量子比特相互耦合，从而实现更复杂的计算，”来自苏黎世联邦理工学院光子科学中心和物理系的菲利普·莱因德克尔（Philip Leindecker）解释道。

激光图

为了使光学马格努斯效应可见，研究人员使用单个钙离子作为微小且极其灵敏的探针。利用电磁场，将带电原子固定在所谓的离子阱中，使其几乎静止不动。这种被捕获的离子也用于量子计算机，它们可以作为量子比特，其量子态可以通过激光进行精确操控。

在实验中，研究人员探究了钙离子在不同位置与聚焦激光相互作用的强度。“我们的离子就像一个微型传感器，可以用来感知激光的结构，”莱因德克尔解释说，“这使得测量几百纳米的位移成为可能。”实验还揭示了该效应的一个令人惊讶的特性：位移的大小仅取决于光的波长，而与激光的聚焦程度无关。

阿姆斯特丹大学的研究人员几年前就从理论上预测了光学马格努斯效应。现在，利用被捕获的钙离子，该团队首次成功观察到了这一效应，并对其进行了更精确的表征。