Oamenii de știință din Novosibirsk au reușit să captureze și să fotografieze un singur atom

Grup științific de la Institutul de Fizică Semiconductoare. A. ÎN. Rzhanov SB RAS Universitatea de Stat Novosibirsk și Universitatea Tehnică au reușit nu numai să fixeze un atom de rubidiu individual în așa-numitele pensete optice.

Dar, de asemenea, „prindeți” un atom în capcana creată folosind o cameră video cu un obiectiv cu focalizare lungă.

De ce este nevoie de astfel de cercetări

Această realizare este foarte importantă în sensul că atomii unici pot acționa ca qubiți - celulele principale pentru înregistrarea și transmiterea fluxurilor de informații în computerele cuantice.

Deci, fixarea unui atom într-o pensetă optică (un alt nume pentru o capcană dipolică) este unul dintre cele mai importante elemente în formarea unei matrice de qubituri și implementarea ulterioară a transformărilor cuantice.

Este destul de logic ca matricea să conțină un număr mare de atomi reținuți în acest fel, ceea ce înseamnă că este necesar nu numai să țineți, ci și să înregistrați corect atomii.

Cum ați reușit să fotografiați un atom

Deci, oamenii de știință s-au confruntat cu o sarcină foarte dificilă. La urma urmei, a fost necesar să se răcească inițial atomii (într-o formă atât de răcită, stările electronice pot persistă până la câteva secunde, ceea ce este mai mult decât suficient pentru computerele cuantice) și astfel „încetinește-i”.

Și, de asemenea, un atom separat trebuie încă fixat într-o capcană, care nu este altceva decât un fascicul laser special cu o focalizare de mai mulți microni.

Iar cel mai dificil lucru era totuși capturarea atomului. La urma urmei, este necesar să verificați înregistrarea fotonilor infraroșii împrăștiați de un atom în cel mai scurt timp posibil. Și conform condițiilor experimentale, fixarea atomilor ar trebui să aibă loc în cel mai scurt timp posibil. Numai în acest caz va fi posibil să le folosiți ca qubits.

Colegii occidentali folosesc camere fixe EMCCD de înaltă performanță - camere multiplicatoare de electroni. Dar din 2015 nu au fost furnizate Rusiei, iar prețul lor este de aproximativ 5 milioane de ruble.

Specialiștii noștri au folosit un analog mult mai ieftin din generația anterioară sCMOS - camere și au obținut rezultate uimitoare, și anume:

S-a dovedit a fixa atomul cu timpul minim de expunere posibil - 50 de milisecunde. Acest timp este comparabil cu munca colegilor străini care folosesc camere ultra-moderne și scumpe.

Care a fost principala problemă, cum a fost rezolvată

Ca unul dintre autorii studiului, I. Beterov, principala problemă a fost că un singur atom emite o strălucire extrem de slabă și, prin urmare, toată focalizarea a fost efectuată pe un pixel din matricea camerei video.

În cadrul numeroaselor experimente, a fost posibil să aflăm că, dacă încercați doar să înregistrați un atom, atunci este greu de distins pe fundalul zgomotului. Pentru a rezolva această problemă, sa decis oprirea capcanei dipolului pentru o perioadă scurtă de timp (cu 0,000001 s).

Într-o perioadă atât de scurtă de timp, atomul pur și simplu nu a avut timp să părăsească capcana.

Ciclul on-off a fost repetat de câteva mii de ori, acumulând astfel semnalul în timpul perioadei de oprire a laserului dipol.

Aceasta este prima lucrare din lume, când utilizarea combinată a unui obiectiv cu focalizare lungă și a unei camere video sCMOS a fost realizată cu succes, iar rezultatul va fi de interes pentru oamenii de știință din întreaga lume.

Oamenii de știință au publicat rezultatele cercetărilor lor pe paginile revistei „Electronică cuantică”.

Fizicienii din Novosibirsk intenționează să învețe cum să controleze operațiunile cu un qubit cu o precizie crescută și, astfel, să abordeze fără probleme operațiunile cu doi qubit. Astfel, procedați la „pregătirea” elementelor logice ale computerului cuantic.

Dacă ți-a plăcut materialul, atunci ai like, comentariu și abonament. Multumesc pentru atentie!