Novosibirskin tutkijat onnistuivat kaappaamaan ja valokuvaamaan yhden atomin
Tieteellinen ryhmä puolijohdefysiikan instituutista. A. SISÄÄN. Rzhanov SB RAS Novosibirskin valtionyliopisto ja teknillinen yliopisto onnistuivat paitsi kiinnittämään erillisen rubidiumatomin ns optisiin pinsetteihin.
Mutta myös "tartu" atomiin luotuun ansaan videokameralla, jossa on pitkä tarkennuslinssi.
Miksi tällaista tutkimusta tarvitaan
Tämä saavutus on erittäin tärkeä siinä mielessä, että yksittäiset atomit voivat toimia qubitina - tärkeimpinä soluina tietovirtojen tallentamiseksi ja lähettämiseksi kvanttitietokoneissa.
Joten atomin kiinnittäminen optisiin pinsetteihin (toinen nimi on dipolilukko) on yksi tärkeimmistä elementeistä muodostamalla joukko kubitteja ja toteuttamalla edelleen kvanttimuunnoksia.
On aivan loogista, että taulukko sisältää valtavan määrän tällä tavoin pidettyjä atomeja, mikä tarkoittaa, että atomeja ei tarvitse vain pitää, vaan myös rekisteröidä oikein.
Kuinka onnistuit kuvaamaan atomin
Joten tutkijoilla oli edessään erittäin vaikea tehtävä. Loppujen lopuksi atomien oli ensin jäähdytettävä (niin jäähdytetyssä muodossa elektroniset tilat voivat kestää muutaman sekunnin, mikä on enemmän kuin tarpeeksi kvanttitietokoneille) ja siten "hidastaa" niitä.
Ja myös erillinen atomi on edelleen kiinnitettävä loukkuun, joka ei ole muuta kuin erityinen lasersäde, jonka tarkennus on useita mikroneja.
Ja vaikeinta oli edelleen kaapata atomi. Loppujen lopuksi on välttämätöntä tarkistaa atomin sirottamien infrapunafotonien rekisteröinti mahdollisimman lyhyessä ajassa. Ja kokeellisten olosuhteiden mukaan atomien kiinnittymisen tulisi tapahtua mahdollisimman lyhyessä ajassa. Vain tässä tapauksessa niitä on mahdollista käyttää qubiteinä.
Länsimaiset kollegat käyttävät erittäin tehokkaita EMCCD-kameroita - elektronikertoja-videokameroja kiinnitykseen. Mutta vuodesta 2015 lähtien niitä ei ole toimitettu Venäjälle, ja niiden hinta on noin 5 miljoonaa ruplaa.
Asiantuntijamme käyttivät paljon halvempaa analogista edellisen sukupolven sCMOS-kameroita ja saavuttivat hämmästyttäviä tuloksia, nimittäin:
Osoittautui kiinnittävän atomin mahdollisimman pienellä valotusajalla - 50 millisekunnilla. Tämä aika on verrattavissa ulkomaisten kollegoiden työhön, jotka käyttävät ultramoderneja ja kalliita kameroita.
Mikä oli suurin ongelma, miten se ratkaistiin
Yhtenä tutkimuksen tekijästä I. Beterov, pääongelma oli, että yksi atomi säteilee erittäin heikosti ja siksi kaikki tarkennus suoritettiin videokameramatriisin yhdelle pikselille.
Lukuisten kokeiden aikana oli mahdollista saada selville, että jos yrität vain rekisteröidä atomin, se on tuskin erotettavissa melun taustalla. Tämän ongelman kiertämiseksi päätettiin kytkeä dipolilukko pois päältä lyhyeksi ajaksi (0,000001 s).
Niin lyhyessä ajassa atomilla ei yksinkertaisesti ollut aikaa poistua ansasta.
On-off-sykli toistettiin useita tuhansia kertoja keräten siten signaalin dipolilaserin sammutusjakson aikana.
Tämä on ensimmäinen työ maailmassa, kun pitkätarkennusobjektiivin ja sCMOS-videokameran yhdistetty käyttö onnistui onnistuneesti, ja tulos kiinnostaa tutkijoita ympäri maailmaa.
Tutkijat julkaisivat tutkimustuloksensa lehden sivuilla "Quantum Electronics".
Novosibirskin fyysikot aikovat oppia hallitsemaan yhden kuittauksen operaatioita entistä tarkemmalla tavalla ja lähestymään siten sujuvasti kaksikitbaalisia operaatioita. Jatka siis kvanttitietokoneen loogisten elementtien "valmistelua".
Jos pidit materiaalista, sinulla on tykkäys, kommentti ja tilaus. Kiitos huomiosta!