Novosibirski teadlastel õnnestus jäädvustada ja pildistada üks aatom
Pooljuhtfüüsika instituudi teadusrühm. A. IN. Rzhanov SB RAS Novosibirski Riiklikul Ülikoolil ja Tehnikaülikoolil õnnestus nn optilistes pintsetides mitte ainult fikseerida üksik rubiidiumiaatom.
Kuid ka "püüdke" loodud aardesse aatom, kasutades pika fookusega objektiiviga videokaamerat.
Miks selliseid uuringuid vaja on
See saavutus on selles mõttes väga oluline, et üksikud aatomid võivad toimida kvititina - peamised rakud infovoogude salvestamiseks ja edastamiseks kvantarvutites.
Niisiis, aatomi fikseerimine optilistes pintsetides (teine nimi on dipoollõks) on üks olulisemaid elemente kubiti massiivi moodustamisel ja kvanttransformatsioonide edasisel rakendamisel.
On üsna loogiline, et massiiv sisaldab tohutult sel viisil hoitavaid aatomeid, mis tähendab, et aatomeid pole vaja mitte ainult käes hoida, vaid ka õigesti registreerida.
Kuidas teil õnnestus aatomit pildistada
Niisiis seisid teadlased silmitsi väga raske ülesandega. Lõppude lõpuks oli vaja aatomeid esialgu jahutada (sellisel jahutatud kujul saavad elektroonilised olekud seda teha) püsivad kuni paar sekundit, mis on kvantarvutite jaoks enam kui piisav) ja seega neid "aeglustada".
Ja ka lõksu tuleb ikkagi fikseerida eraldi aatom, mis pole midagi muud kui spetsiaalne mitme mikroni fokusseerimisega laserkiir.
Ja kõige raskem oli ikkagi aatomi püüdmine. Lõppude lõpuks on vaja kontrollida aatomi poolt hajutatud infrapuna footonite registreerimist võimalikult lühikese aja jooksul. Ja vastavalt katsetingimustele peaks aatomite fikseerimine toimuma võimalikult lühikese aja jooksul. Ainult sel juhul on võimalik neid kasutada kubitidena.
Lääne kolleegid kasutavad fikseerimiseks ülitõhusaid EMCCD kaameraid - elektronide kordistajate videokaameraid. Kuid alates 2015. aastast pole neid Venemaale tarnitud ja nende hind on umbes 5 miljonit rubla.
Meie spetsialistid kasutasid eelmise põlvkonna sCMOS-kaamerate palju odavamat analoogi ja saavutasid hämmastavaid tulemusi, nimelt:
Selgus, et fikseeriti aatom minimaalse võimaliku kokkupuuteajaga - 50 millisekundit. See aeg on võrreldav ultramoodsate ja kallite kaamerate kasutavate väliskolleegide tööga.
Mis oli peamine probleem, kuidas see lahendati
Uuringu ühe autorina olen mina. Beterov, peamine probleem oli see, et üks aatom kiirgab ülinõrka sära ja seetõttu tehti kogu fokuseerimine videokaamera maatriksi ühele pikslile.
Arvukate katsete käigus oli võimalik teada saada, et kui proovite lihtsalt aatomit registreerida, siis vaevalt on see müra taustal eristatav. Selle probleemi lahendamiseks otsustati dipoolpüünis lühikeseks ajaks (0,000001 s võrra) välja lülitada.
Nii lühikese aja jooksul ei olnud aatomil lihtsalt aega lõksust lahkuda.
On-off tsüklit korrati mitu tuhat korda, kogudes seeläbi signaali perioodil, mil dipoollaser välja lülitati.
See on esimene töö maailmas, kui pika fookusega objektiivi ja sCMOS-videokaamera kooskasutamine õnnestus edukalt ning tulemus pakub huvi teadlastele kogu maailmas.
Teadlased avaldasid oma uurimistöö tulemused ajakirja lehtedel "Kvantelektroonika".
Novosibirski füüsikud kavatsevad õppida, kuidas kontrollida ühekvitilisi operatsioone suurema täpsusega ja läheneda seeläbi sujuvalt kahekibiitilistele operatsioonidele. Seega jätkake kvantarvuti loogiliste elementide "ettevalmistamisega".
Kui teile materjal meeldis, siis on teil meeldimine, kommentaar ja tellimus. Tänan tähelepanu eest!