Novosibirskas zinātniekiem izdevās noķert un nofotografēt vienu atomu
Zinātniskā grupa no Pusvadītāju fizikas institūta. A. IN. Rzhanov SB RAS Novosibirskas Valsts universitātei un Tehniskajai universitātei izdevās ne tikai fiksēt atsevišķu rubīdija atomu tā sauktajos optiskajos pincetēs.
Bet arī "noķeriet" atomu izveidotajā slazdā, izmantojot videokameru ar garās fokusa objektīvu.
Kāpēc ir vajadzīgi šādi pētījumi
Šis sasniegums ir ļoti svarīgs tādā ziņā, ka atsevišķi atomi var darboties kā kvīti - galvenās šūnas informācijas plūsmu ierakstīšanai un pārsūtīšanai kvantu datoros.
Tātad, atoma fiksēšana optiskajos pincetēs (cits nosaukums dipola slazdam) ir viens no vissvarīgākajiem elementiem kubītu masīva veidošanā un turpmākā kvantu transformāciju ieviešanā.
Ir pilnīgi loģiski, ka masīvā būs milzīgs šādā veidā turētu atomu skaits, kas nozīmē, ka ir nepieciešams ne tikai turēt, bet arī pareizi reģistrēt atomus.
Kā jums izdevās nofotografēt atomu
Tātad, zinātnieki saskārās ar ļoti grūtu uzdevumu. Galu galā sākotnēji bija nepieciešams atomus atdzesēt (tādā atdzesētā formā elektroniskie stāvokļi var saglabājas līdz pāris sekundēm, kas ir vairāk nekā pietiekami kvantu datoriem) un tādējādi tos "palēnināt".
Un arī slazdā joprojām ir jānosaka atsevišķs atoms, kas ir nekas cits kā īpašs lāzera stars ar vairāku mikronu fokusēšanu.
Un visgrūtākais joprojām bija notvert atomu. Galu galā ir nepieciešams pēc iespējas īsākā laikā pārbaudīt atoma izkliedēto infrasarkano staru fotonu reģistrāciju. Un atbilstoši eksperimentālajiem apstākļiem atomu fiksācijai jānotiek pēc iespējas īsākā laikā. Tikai šajā gadījumā tos būs iespējams izmantot kā kubitus.
Rietumu kolēģi fiksēšanai izmanto ļoti efektīvas EMCCD kameras - elektronu reizinātāja videokameras. Bet kopš 2015. gada tie netiek piegādāti Krievijai, un to cena ir aptuveni 5 miljoni rubļu.
Mūsu speciālisti izmantoja daudz lētāku sCMOS iepriekšējās paaudzes kameru analogu un sasniedza pārsteidzošus rezultātus, proti:
Izrādījās, ka atoms tiek fiksēts ar minimālo iespējamo ekspozīcijas laiku - 50 milisekundes. Šis laiks ir salīdzināms ar ārvalstu kolēģu darbu, kuri izmanto ultramodernas un dārgas kameras.
Kāda bija galvenā problēma, kā tā tika atrisināta
Kā viens no pētījuma autoriem es. Beterov, galvenā problēma bija tā, ka viens atoms izstaro ārkārtīgi vāju mirdzumu, un tāpēc visa fokusēšana tika veikta uz vienu videokameras matricas pikseļu.
Daudzu eksperimentu laikā bija iespējams uzzināt, ka, ja jūs vienkārši mēģināt reģistrēt atomu, tad to diez vai var atšķirt uz trokšņa fona. Lai apietu šo problēmu, tika nolemts uz īsu laiku (par 0,000001 s) izslēgt dipola slazdu.
Tik īsā laika posmā atomam vienkārši nebija laika atstāt slazdu.
Ieslēgšanas un izslēgšanas cikls tika atkārtots par vairākiem tūkstošiem reižu, tādējādi akumulējot signālu periodā, kad dipola lāzers tika izslēgts.
Šis ir pirmais darbs pasaulē, kad veiksmīgi tika veikta garo fokusēto objektīvu un sCMOS videokameras kombinēta izmantošana, un rezultāts interesēs zinātniekus visā pasaulē.
Zinātnieki publicēja pētījumu rezultātus žurnāla lappusēs "Quantum Electronics".
Novosibirskas fiziķi plāno uzzināt, kā ar paaugstinātu precizitāti kontrolēt viena kluba operācijas un tādējādi netraucēti tuvoties divu kvotu operācijām. Tādējādi pārejiet pie kvantu datora loģisko elementu "sagatavošanas".
Ja jums patika materiāls, tad jums ir patīk, komentārs un abonements. Paldies par uzmanību!