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原子力显微镜是物理学中一种强大的工具，它能够通过依靠在表面上拖动的微小探针来对单个原子进行成像。探针响应来自其遇到的原子的排斥力，就像针头描绘唱片凹槽内部一样，测量表面的地形轮廓。
最近在线发表在《自然物理》杂志上的一篇论文提出了扫描探针方法的最终缩小规模的可能性——使用悬浮在空间中的单个原子作为探针尖端。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）
来自科罗拉多州博尔德的美国国家标准与技术研究院 (NIST) 以及德国埃尔朗根-纽伦堡大学和马克斯·普朗克光科学研究所的研究人员设计了一种所谓的触针阱，利用激光和电磁场将镁离子或带电原子冻结在原位，在那里它可以被用作超灵敏的原子尺度探针。
该研究的作者表示，这种探针将比原子力显微镜对电力和磁力的灵敏度高几个数量级。美国国家标准与技术研究院的物理学家克里斯蒂安·奥斯佩尔考斯（Christian Ospelkaus）表示，物理学家可以使用这种精细尺度的力传感器来识别极精细系统中的杂散“噪声”源，他没有参与这项研究。他说，包括量子计算的潜在方法在内的实验装置中对原子的操纵，受到破坏性流浪电场的困扰。 确定哪些表面和组装工艺最能抑制这种噪声将是有益的。
物理学家已经通过其他方法利用了捕获的离子，但奥斯佩尔考斯说，“更传统的离子阱通常将离子捕获在一组杆或晶圆的中间”，限制了从阱外部访问它们。 他指出，即使是相对开放的表面电极阱，将离子悬浮在表面上方数十微米处，也只能从表面平面上方访问。
触针阱通过将原子悬浮在一个中央柱状电极上来暴露原子。 主要研究作者罗伯特·迈瓦尔德是埃尔朗根-纽伦堡大学光学、信息和光子学研究所的研究生，他说，通过将电极抬高到组件的其余部分之上，可以提高访问级别，但这会以削弱阱的强度为代价。
暴露阱的另一种实现方式是在离子周围放置一个抛物面镜，将光聚焦到离子上，迈瓦尔德将其比作逆转手电筒反射器向外引导灯泡光芒的过程。 华盛顿大学西雅图分校的物理学家鲍里斯·布利诺夫对这种应用最为兴奋。 使用反射镜收集离子上的光将允许物质与光更好地耦合，用于量子信息处理——光子（光粒子）是信息的良好载体，但离子为数据存储提供了更稳定的介质。
在最近的实验中，不良的光子收集一直是建立离子之间纠缠的障碍——即离子在一定距离处的协调行为——这可能构成量子计算网络的基础。
布利诺夫说：“包括我的团队在内的许多团队都在进行……离子-光子纠缠实验，主要的限制是光子的低收集效率。” 美国国家标准与技术研究院的奥斯佩尔考斯也对触针阱在量子信息系统中的潜在用途很感兴趣。 “我可以看到这在不久的将来无需重大障碍即可实现，”他说。 “我认为这将是向前迈出的一大步。”