Учени от Новосибирск успяха да уловят и заснемат един атом

Научна група от Института по физика на полупроводниците. А. IN. Ржанов СБ РАН Новосибирски държавен университет и Техническият университет успяха не само да фиксират отделен рубидиев атом в така наречените оптични пинсети.

Но също така „хванете“ атом в създадения капан с помощта на видеокамера с обектив с дълъг фокус.

Защо са необходими такива изследвания

Това постижение е много важно в смисъл, че единичните атоми могат да действат като кубити - основните клетки за запис и предаване на информационни потоци в квантовите компютри.

И така, фиксирането на атом в оптична пинсета (друго име за диполния капан) е един от най-важните елементи при формирането на масив от кубити и по-нататъшното изпълнение на квантовите трансформации.

Съвсем логично е масивът да съдържа огромен брой атоми, задържани по този начин, което означава, че е необходимо не само да се държат, но и да се регистрират правилно атомите.

Как успяхте да снимате атом

И така, учените са изправени пред много трудна задача. В крайна сметка беше необходимо първоначално да се охладят атомите (в такъв охладен вид електронните състояния могат продължават до няколко секунди, което е повече от достатъчно за квантовите компютри) и по този начин "забави" ги.

И също така отделен атом все още трябва да бъде фиксиран в капана, което не е нищо повече от специален лазерен лъч с фокусиране от няколко микрона.

И най-трудното все още беше улавянето на атома. В края на краищата е необходимо да се провери регистрацията на инфрачервени фотони, разпръснати от атом във възможно най-кратки срокове. И според експерименталните условия, фиксирането на атомите трябва да стане във възможно най-кратко време. Само в този случай ще бъде възможно да се използват като кубити.

Западните колеги използват високоефективни EMCCD камери - умножител на електронни видеокамери за фиксиране. Но от 2015 г. насам те не са доставяни в Русия и цената им е около 5 милиона рубли.

Нашите специалисти използваха много по-евтин аналог от предишното поколение sCMOS - камери и постигнаха невероятни резултати, а именно:

Оказа се, че той фиксира атома с минимално възможно време на експозиция - 50 милисекунди. Това време е съпоставимо с работата на чуждестранни колеги, които използват ултрамодерни и скъпи камери.

Кой беше основният проблем, как беше решен

Като един от авторите на изследването, И. Бетеров, основният проблем беше, че един атом излъчва изключително слаба светлина и следователно цялото фокусиране се извършва върху един пиксел от матрицата на видеокамерата.

В хода на многобройни експерименти беше възможно да се установи, че ако просто се опитате да регистрирате атом, то едва ли е различимо на фона на шума. За да се заобиколи този проблем, беше решено да се изключи диполният капан за кратко (с 0,000001 s).

За толкова кратък период от време атомът просто нямаше време да напусне капана.

Цикълът на включване / изключване се повтаря от порядъка на няколко хиляди пъти, като по този начин натрупва сигнала през периода, когато диполният лазер е бил изключен.

Това е първата работа в света, когато комбинираното използване на обектив с дълъг фокус и sCMOS видеокамера беше успешно проведено и резултатът ще бъде от интерес за учените от цял ​​свят.

Учените публикуваха резултатите от своите изследвания на страниците на списанието "Квантова електроника".

Новосибирските физици планират да се научат как да контролират операции с един кубит с повишена точност и по този начин плавно да подхождат към операции с два кубита. По този начин преминете към „подготовката“ на логическите елементи на квантовия компютър.

Ако материалът ви е харесал, тогава имате харесване, коментар и абонамент. Благодаря за вниманието!