loader
Срочные новости раздела
Одиночный атом рубидия удержали в оптической ловушке в течение сорока секунд

Одиночный атом рубидия удержали в оптической ловушке в течение сорока секунд

Ученые Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, Новосибирского государственного университета и Новосибирского государственного технического университета смогли удержать одиночный атом рубидия в оптическом пинцете в течение сорока секунд, а также получить снимок этого атома с помощью значительно более дешевой, чем обычно используется для таких исследований, видеокамеры, применив для получения изображения длиннофокусный объектив.

Фото одиночного атома, захваченного в оптический пинцет © I. I. Beterov et al./Quantum Electronics

Удержание одного атома в оптическом пинцете или, как его еще называют, дипольной ловушке ― первый шаг к созданию массива кубитов, элементов квантового компьютера. Такой массив содержит множество атомов, каждый из которых удерживается «своим» оптическим пинцетом. Соответственно, нужно уметь не только захватывать атомы, но и корректно их регистрировать. Электронные состояния холодных атомов могут существовать несколько секунд, это довольно долго в контексте квантовых вычислений, и поэтому такие атомы удобны для использования в качестве кубитов.

«Мы решали сложную проблему, состоящую из нескольких подзадач: во-первых, нужно охладить атомы (уменьшить их скорость), это делается при помощи лазерных пучков: поток фотонов из лазера поглощается атомами и их замедляет. Во-вторых, одиночный атом необходимо захватить в ловушку, которая представляет собой тоже лазерный пучок, но с очень острой фокусировкой ― несколько микрон, таков характерный размер пятна, в котором удерживается атом. И, в-третьих, чтобы сфотографировать атом, нужно за короткое время в сотню миллисекунд «зарегистрировать» инфракрасные фотоны, которые атом рассеивает, находясь в ловушке, ― примерно 1000 в секунду (это мало ― бытовая видеокамера их не увидит и не почувствует). Условия нашего эксперимента требуют, чтобы захваченные атомы регистрировались за короткое время ― тогда их можно будет использовать в качестве кубитов», ― объясняет старший научный сотрудник ИФП СО РАН, доцент НГУ, кандидат физико-математических наук Илья Игоревич Бетеров.

Зарубежные научные группы для таких регистраций используют высокочувствительные научные EMCCD-видеокамеры с электронным умножением, но они дороги ― стоят около пяти миллионов рублей и, к тому же, в Россию не поставляются с 2015 года. Новосибирские физики работали с научной sCMOS-видеокамерой предыдущего поколения, более низкого класса и существенно более дешевой (она стоила около шестисот тысяч рублей). Ученые смогли добиться впечатляющих результатов: достоверно зарегистрировали атом с минимальным временем экспозиции ― 50 миллисекунд. Это типично для экспериментов, которые проводят исследователи во Франции, Германии, Корее и других странах, используя более совершенные EMCCD-камеры. В последних экспериментах самое длительное время, в течение которого новосибирские ученые наблюдали одиночный атом, ― 40 секунд.

«Нам пришлось разместить объектив оптического пинцета как можно дальше от облака холодных атомов, чтобы они не взаимодействовали со стеклом ― диэлектрической поверхностью. Такой процесс может плохо сказаться на дальнейшем проведении двухкубитовых квантовых операций. Поэтому мы использовали длиннофокусный объектив, но в результате нам было сложнее регистрировать испускаемые атомом фотоны ― их в объектив попадает меньше, когда он находится далеко от атома. К тому же, одиночный атом светится слабо, поэтому всё его излучение требовалось сфокусировать на один пиксель матрицы видеокамеры. Однако впоследствии выяснилось, что, если мы просто пытаемся зарегистрировать одиночный атом, то практически ничего не видим на фоне шумов видеокамеры, поскольку лазер пинцета выводит атомы из резонанса с подсвечивающим излучением. Для того чтобы справиться с этой проблемой, мы выключали дипольную ловушку на очень короткое время ― не более чем на одну миллионную секунды ― за это время одиночный атом не успевает ее покинуть ― и повторяли так в течение нескольких тысяч циклов, накапливая сигнал за время, когда дипольный лазер выключен», ― добавляет Илья Бетеров.

По наблюдениям исследователя, работа новосибирского коллектива ― первая, в которой реализовано одновременное использование длиннофокусного объектива и sCMOS-видеокамеры, и результат может быть интересен не только российским физикам.

«Зарубежные группы тоже бывают стеснены в средствах, и если есть возможность купить видеокамеру существенно дешевле, которая показывает приемлемый для эксперимента результат, ― это для всех важно», ― отмечает Илья Бетеров.

Следующий шаг новосибирских ученых ― научиться выполнять однокубитовые операции с высокой точностью и перейти к двухкубитовым. То есть, если говорить упрощенно, «готовить» из холодных атомов логические элементы квантового компьютера, меняя электронные состояния атома и управляя ими.

Детали эксперимента описаны в журнале «Квантовая электроника», о нем также рассказывает пресс-служба ИФП СО РАН Источник: polit.ru

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Ученые из Института биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова вместе с бельгийскими коллегами из Католического университета Лёвена модифицировали один из компонентов
подробнее...

Среди земноводных немало ядовитых и весьма опасных. Но все они считаются «невооруженными» и не имеют специализированного аппарата для активного введения токсина в тело жертвы. И жабы с лягушками, и
подробнее...

Ученые заметили, что колибри могут запоминать последовательности чисел и на основе их строить стратегию добывания пищи. Они считают, что это первый случай выполнения простых математических операций
подробнее...

Британские физики выяснили, почему гребни волн ночью светятся синим. В этом оказались замешаны водоросли-динофлагелляты, которые обитают в прибрежных водах, и волны, которые растягивают их мембраны .©
подробнее...

Новая разработка Центра алгоритмической биотехнологии СПбГУ, получившая название coronaSPAdes, позволяет собирать геномы РНК-вирусов, и в первую очередь коронавирусов. По предварительным данным, с ее
подробнее...

Используя плотности экзопланет, астрономы в значительной степени отсортировали планеты, которые больше Земли, но меньше Нептуна, на две категории: более плотные, каменистые суперземли и большие,
подробнее...

Группа исследователей, куда вошли ученые Центра геномной биоинформатики имени Ф. Г. Добржанского СПбГУ, впервые в мире расшифровала геном гриба Fusarium oxysporum f.sp. lini. Этот паразит атакует лен,
подробнее...

Группа японских исследователей выяснила, что депрессию вызывает вирус герпеса шестого типа. Он находится в организме каждого человека в спящем состоянии, но реагирует на высокий стресс и приводит к
подробнее...

Исследователи из России и Германии, изучающие позвоночных начала мелового периода из полярного местонахождения Тээтэ на юго-западе Якутии (северная палеоширота предположительно 62 градуса), описали
подробнее...

Ученые Московского физико-технического института совместно с коллегами из Института биоорганической химии им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН и Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН
подробнее...

Новое исследование ученых из Центра устойчивых ресурсных исследований RIKEN (Япония) может открыть новую эру, в которой фотосинтетические «био-заводы» стабильно производят большую часть синтетического
подробнее...

РИА Новости. Астрофизики зафиксировали самый дальний от нас короткий гамма-всплеск, произошедший 10 миллиардов лет назад, всего через 3,8 миллиарда лет после Большого взрыва
подробнее...

Как известно, наша Вселенная расширяется. Скорость этого процесса характеризуется постоянной Хаббла, которая связывает скорость удаления объекта с расстоянием до него. Эту постоянную, как правило,
подробнее...

В созвездии Орла астрономы обнаружили экзотическую пару нейтронных звезд с очень разной массой. Ученые полагают, что через 470 миллионов лет они столкнутся друг с другом. Их можно будет использовать
подробнее...

Берлинские ученые из  Института исследований животных в зоопарках и дикой природе  Ассоциации Лейбница вместе с коллегами из Тель-Авивского университета установили, что эхолокация в ультразвуковом
подробнее...

Избранные астрономические события месяца (время всемирное):
подробнее...

Команда исследователей из Университета Дьюка, Музея естественной истории в Лондоне, Смитсоновского национального музея естественной истории и Исследовательского института залива Монтерей (Monterey Bay
подробнее...

Команда ученых из Гарвардского и Вашингтонского университетов, использовав бактериальный фермент, впервые  смогла отредактировать геном митохондрий , который до этого не удавалось изменить с помощью
подробнее...