Forskere fra Novosibirsk klarte å fange og fotografere et enkelt atom

Vitenskapelig gruppe fra Institute of Semiconductor Physics. EN. I. Rzhanov SB RAS Novosibirsk State University og Technical University lyktes ikke bare med å fikse et eget rubidiumatom i den såkalte optiske pinsetten.

Men "fang" også et atom i den opprettede fellen ved hjelp av et videokamera med et objektiv med lang fokus.

Hvorfor det er behov for slik forskning

Denne prestasjonen er veldig viktig i den forstand at enkeltatomer kan fungere som qubits - hovedcellene for registrering og overføring av informasjonsflyter i kvantecomputere.

Så, å fikse et atom i en optisk pinsett (et annet navn for en dipolfelle) er et av de viktigste elementene i dannelsen av en rekke qubits og videre implementering av kvantetransformasjoner.

Det er ganske logisk at matrisen vil inneholde et stort antall atomer som holdes på denne måten, noe som betyr at det er nødvendig ikke bare å holde, men også å registrere atomene på riktig måte.

Hvordan klarte du å fotografere et atom

Så forskerne sto overfor en veldig vanskelig oppgave. Tross alt var det nødvendig å først avkjøle atomene (i en slik avkjølt form kan de elektroniske tilstandene vedvarer opp til et par sekunder, noe som er mer enn nok for kvantecomputere) og dermed "sakte" dem.

Og også et eget atom må fortsatt festes i en felle, som ikke er noe annet enn en spesiell laserstråle med fokus på flere mikron.

Og det vanskeligste var fortsatt å fange atomet. Tross alt er det nødvendig å sjekke registreringen av infrarøde fotoner spredt av et atom på kortest mulig tid. Og i henhold til de eksperimentelle forholdene, bør fiksering av atomer skje på kortest mulig tid. Bare i dette tilfellet vil det være mulig å bruke dem som qubits.

Vestlige kolleger bruker høytytende EMCCD-kameraer - elektronmultiplikatorkameraer - for fiksering. Men siden 2015 har de ikke blitt levert til Russland, og prisen er omtrent 5 millioner rubler.

Våre spesialister brukte en mye billigere analog av forrige generasjon sCMOS - kameraer og oppnådde fantastiske resultater, nemlig:

Det viste seg å fikse atomet med minimum mulig eksponeringstid - 50 millisekunder. Denne tiden kan sammenlignes med arbeidet til utenlandske kolleger som bruker ultramoderne og dyre kameraer.

Hva var hovedproblemet, hvordan ble det løst

Som en av forfatterne av studien, jeg. Beterov, hovedproblemet var at et enkelt atom avgir en ekstremt svak glød, og derfor ble all fokusering utført på en piksel i videokameramatrisen.

I løpet av mange eksperimenter var det mulig å finne ut at hvis du bare prøver å registrere et atom, kan det knapt skelnes mot bakgrunnen av støy. For å omgå dette problemet ble det besluttet å slå av dipolfellen i kort tid (med 0,000001 s).

På så kort tid hadde ikke atomet rett og slett ikke tid til å forlate fellen.

På-av-syklusen ble gjentatt i størrelsesorden flere tusen ganger, og akkumulerte derved signalet i løpet av dipolaserens av-periode.

Dette er det første verket i verden da kombinert bruk av et objektiv med lang fokus og et sCMOS-videokamera ble utført med suksess, og resultatet vil være av interesse for forskere over hele verden.

Forskerne publiserte resultatene av sin forskning på sidene i tidsskriftet "Quantum Electronics".

Novosibirsk-fysikerne planlegger å lære å kontrollere en-qubit-operasjoner med økt nøyaktighet og dermed jevnt nærme seg to-qubit-operasjoner. Så fortsett til "klargjøring" av de logiske elementene i kvantecomputeren.

Hvis du likte materialet, har du en liker, kommentar og abonnement. Takk for oppmerksomheten!