Forskere fra Novosibirsk formåede at fange og fotografere et enkelt atom

Videnskabelig gruppe fra Institute of Semiconductor Physics. EN. I. Rzhanov SB RAS Novosibirsk State University og Technical University formåede ikke kun at fiksere et individuelt rubidiumatom i den såkaldte optiske pincet.

Men "fang" også et atom i den oprettede fælde ved hjælp af et videokamera med et objektiv med lang fokus.

Hvorfor sådan forskning er nødvendig

Denne præstation er meget vigtig i den forstand, at enkeltatomer kan fungere som qubits - de vigtigste celler til registrering og transmission af informationsstrømme i kvantecomputere.

Så fiksering af et atom i en optisk pincet (et andet navn for en dipolfælde) er et af de vigtigste elementer i dannelsen af ​​en række qubits og yderligere implementering af kvantetransformationer.

Det er ganske logisk, at arrayet vil indeholde et stort antal atomer, der holdes på denne måde, hvilket betyder, at det ikke kun er nødvendigt at holde, men også at registrere atomerne korrekt.

Hvordan lykkedes det dig at fotografere et atom

Så forskerne stod over for en meget vanskelig opgave. Når alt kommer til alt var det nødvendigt først at afkøle atomerne (i en sådan afkølet form kan de elektroniske tilstande vedvarer op til et par sekunder, hvilket er mere end nok til kvantecomputere) og dermed "sænk" dem.

Og også et separat atom skal stadig fastgøres i en fælde, som ikke er mere end en speciel laserstråle med fokus på flere mikroner.

Og det sværeste var stadig at fange atomet. Når alt kommer til alt er det nødvendigt at kontrollere registreringen af ​​infrarøde fotoner spredt af et atom på kortest mulig tid. Og ifølge de eksperimentelle forhold skal fiksering af atomer finde sted på kortest mulig tid. Kun i dette tilfælde er det muligt at bruge dem som qubits.

Vestlige kolleger bruger meget effektive EMCCD-kameraer - elektronmultiplikatorvideokameraer til fiksering. Men siden 2015 er de ikke blevet leveret til Rusland, og deres pris er omkring 5 millioner rubler.

Vores specialister brugte en meget billigere analog af den forrige generation af sCMOS - kameraer og opnåede fantastiske resultater, nemlig:

Det viste sig at rette atomet med den mindst mulige eksponeringstid - 50 millisekunder. Denne gang kan sammenlignes med udenlandske kollegers arbejde, der bruger ultramoderne og dyre kameraer.

Hvad var hovedproblemet, hvordan blev det løst

Som en af ​​forfatterne af undersøgelsen, I. Beterov, hovedproblemet var, at et enkelt atom udsender en ekstremt svag glød, og derfor blev al fokusering udført på en pixel af videokameraets matrix.

I løbet af adskillige eksperimenter var det muligt at finde ud af, at hvis du bare prøver at registrere et atom, kan det næppe skelnes på baggrund af støj. For at omgå dette problem blev det besluttet at slukke for dipolfælden i kort tid (med 0,000001 s).

På så kort tid havde atomet simpelthen ikke tid til at forlade fælden.

On-off-cyklussen blev gentaget i størrelsesordenen flere tusinde gange og derved akkumuleret signalet i den periode, hvor dipollaseren blev slukket.

Dette er det første arbejde i verden, hvor den kombinerede brug af et objektiv med lang fokus og et sCMOS-videokamera blev udført med succes, og resultatet vil være af interesse for forskere over hele verden.

Forskerne offentliggjorde resultaterne af deres forskning på tidsskriftets sider "Quantum Electronics".

Novosibirsk-fysikerne planlægger at lære, hvordan man styrer en-qubit-operationer med øget nøjagtighed og dermed jævnligt nærmer sig to-qubit-operationer. Så gå videre til "forberedelse" af de logiske elementer i kvantecomputeren.

Hvis du kunne lide materialet, har du en lignende, kommentar og abonnement. Tak for opmærksomheden!