Naukowcom z Nowosybirska udało się uchwycić i sfotografować pojedynczy atom

Grupa naukowa z Instytutu Fizyki Półprzewodników. ZA. W. Rzhanov SB RAS Nowosybirski Uniwersytet Państwowy i Politechnika odniosły sukces nie tylko w umocowaniu oddzielnego atomu rubidu w tzw. Pęsetach optycznych.

Ale też „złapać” atom w utworzoną pułapkę za pomocą kamery wideo z obiektywem o długim ogniskowym.

Dlaczego takie badania są potrzebne

Osiągnięcie to jest bardzo ważne w tym sensie, że pojedyncze atomy mogą działać jako kubity - główne komórki do rejestrowania i przesyłania przepływów informacji w komputerach kwantowych.

Zatem umocowanie atomu w pęsecie optycznej (inna nazwa to pułapka dipolowa) jest jednym z najważniejszych elementów w tworzeniu szeregu kubitów i dalszej implementacji przekształceń kwantowych.

Jest całkiem logiczne, że tablica będzie zawierała ogromną liczbę atomów trzymanych w ten sposób, co oznacza, że ​​konieczne jest nie tylko trzymanie, ale także poprawna rejestracja atomów.

Jak udało ci się sfotografować atom

Tak więc naukowcy stanęli przed bardzo trudnym zadaniem. W końcu konieczne było wstępne ochłodzenie atomów (w takiej ochłodzonej formie stany elektronowe mogą utrzymują się do kilku sekund, co jest więcej niż wystarczające dla komputerów kwantowych), a tym samym „zwolnij” je.

A także oddzielny atom wciąż musi być osadzony w pułapce, która jest niczym innym jak specjalną wiązką lasera z ogniskiem kilku mikronów.

A nadal najtrudniejszą rzeczą było uchwycenie atomu. W końcu należy sprawdzić rejestrację fotonów podczerwieni rozproszonych przez atom w jak najkrótszym czasie. A zgodnie z warunkami eksperymentu utrwalenie atomów powinno nastąpić w jak najkrótszym czasie. Tylko w tym przypadku będzie można ich używać jako kubitów.

Zachodni koledzy używają bardzo wydajnych kamer EMCCD - kamer wideo z multiplikatorem elektronów do fiksacji. Ale od 2015 roku nie są dostarczane do Rosji, a ich cena wynosi około 5 milionów rubli.

Nasi specjaliści zastosowali znacznie tańszy odpowiednik sCMOS poprzedniej generacji - aparaty i osiągnęli niesamowite rezultaty, a mianowicie:

Okazało się, że naprawiono atom przy minimalnym możliwym czasie naświetlania - 50 milisekund. Ten czas można porównać do pracy zagranicznych kolegów, którzy korzystają z ultranowoczesnych i drogich aparatów.

Jaki był główny problem, jak go rozwiązano

Jako jeden z autorów badania I. Beterov, głównym problemem było to, że pojedynczy atom emituje wyjątkowo słabą poświatę, dlatego całe ogniskowanie odbywało się na jednym pikselu matrycy kamery wideo.

W trakcie licznych eksperymentów można było się przekonać, że jeśli tylko spróbujesz zarejestrować atom, to trudno go odróżnić na tle szumu. Aby obejść ten problem, zdecydowano się wyłączyć pułapkę dipolową na krótki czas (o 0,000001 s).

W tak krótkim czasie atom po prostu nie miał czasu na opuszczenie pułapki.

Cykl włącz-wyłącz był powtarzany kilka tysięcy razy, tym samym gromadząc sygnał w okresie, w którym laser dipolowy był wyłączony.

Jest to pierwsza praca na świecie, w której z powodzeniem przeprowadzono łączne zastosowanie obiektywu o długim ogniskowej i kamery wideo sCMOS, a wynikiem będzie zainteresowanie naukowców na całym świecie.

Wyniki swoich badań naukowcy opublikowali na łamach czasopisma „Elektronika kwantowa”.

Fizycy z Nowosybirska planują nauczyć się kontrolować operacje na jednym kubicie ze zwiększoną dokładnością, a tym samym płynnie podchodzić do operacji na dwóch kubitach. Zatem przejdź do „przygotowania” elementów logicznych komputera kwantowego.

Jeśli podobał Ci się materiał, masz polubienie, komentarz i subskrypcję. Dziękuję za uwagę!