Znanstvenici iz Novosibirska uspjeli su uhvatiti i fotografirati jedan atom

Znanstvena skupina s Instituta za fiziku poluvodiča. A. U. Rzhanov SB RAS Novosibirsk državno sveučilište i Tehničko sveučilište uspjeli su popraviti ne samo pojedinačni atom rubidija u takozvanoj optičkoj pinceti.

Ali i "uhvatite" atom u stvorenoj zamci pomoću video kamere s objektivom s dugim fokusom.

Zašto su takva istraživanja potrebna

Ovo je postignuće vrlo važno u smislu da pojedini atomi mogu djelovati kao kubiti - glavne stanice za bilježenje i prijenos protoka informacija u kvantnim računalima.

Dakle, fiksiranje atoma u optičkoj pinceti (drugi naziv za zamku dipola) jedan je od najvažnijih elemenata u formiranju niza kubita i daljnjoj provedbi kvantnih transformacija.

Sasvim je logično da će niz sadržavati ogroman broj atoma koji se drže na ovaj način, što znači da je potrebno ne samo držati, već i pravilno registrirati atome.

Kako ste uspjeli fotografirati atom

Dakle, znanstvenici su se suočili s vrlo teškim zadatkom. Napokon, atome je u početku trebalo ohladiti (u tako ohlađenom obliku elektronička stanja mogu traju do nekoliko sekundi, što je više nego dovoljno za kvantna računala) i time "usporiti" ih.

A također zasebni atom još uvijek mora biti fiksiran u zamku, što je ništa drugo nego posebna laserska zraka s fokusiranjem od nekoliko mikrona.

A najteže je ipak bilo zarobiti atom. Uostalom, potrebno je u najkraćem mogućem roku provjeriti registraciju infracrvenih fotona raspršenih atomom. A prema eksperimentalnim uvjetima, fiksacija atoma trebala bi se dogoditi u najkraćem mogućem vremenu. Samo u ovom slučaju bit će ih moguće koristiti kao kubite.

Zapadne kolege koriste vrlo učinkovite EMCCD kamere - multiplikatorske video kamere za fiksiranje. No, od 2015. godine nisu isporučeni u Rusiju, a cijena im je oko 5 milijuna rubalja.

Naši su stručnjaci koristili znatno jeftiniji analog prethodne generacije sCMOS - kamera i postigli nevjerojatne rezultate, i to:

Pokazalo se da je atom popravio s minimalnim mogućim vremenom izlaganja - 50 milisekundi. Ovo je vrijeme usporedivo s radom stranih kolega koji koriste ultramoderne i skupe kamere.

Što je bio glavni problem, kako je riješen

Kao jedan od autora studije, I. Beterov, glavni je problem bio taj što jedan atom emitira izuzetno slab sjaj, pa je stoga cijelo fokusiranje izvedeno na jedan piksel matrice video kamere.

Tijekom brojnih eksperimenata bilo je moguće otkriti da ako samo pokušate registrirati atom, to se teško može prepoznati u pozadini buke. Da bi se zaobišao ovaj problem, odlučeno je isključiti zamku dipola na kratko (za 0,000001 s).

U tako kratkom vremenskom razdoblju atom jednostavno nije imao vremena napustiti zamku.

Ciklus uključivanja i isključivanja ponovljen je nekoliko tisuća puta, čime se akumulirao signal tijekom razdoblja kada je dipolni laser isključen.

Ovo je prvo djelo na svijetu kada je uspješno provedena kombinirana upotreba objektiva s dugim fokusom i sCMOS video kamere, a rezultat će biti zanimljiv znanstvenicima širom svijeta.

Znanstvenici su rezultate svojih istraživanja objavili na stranicama časopisa "Kvantna elektronika".

Novosibirski fizičari planiraju naučiti kako kontrolirati operacije s jednim kubitom s povećanom točnošću i tako glatko pristupiti operacijama s dva kubita. Dakle, prijeđite na "pripremu" logičkih elemenata kvantnog računala.

Ako vam se svidio materijal, imate lajk, komentar i pretplatu. Hvala na pažnji!