Novoszibirszk tudósainak egyetlen atomot sikerült megörökíteni és lefényképezni
A Félvezető Fizikai Intézet tudományos csoportja. A. BAN BEN. A Rzhanov SB RAS Novoszibirszki Állami Egyetemnek és a Műszaki Egyetemnek nemcsak egy egyedi rubídiumatomot sikerült rögzítenie az úgynevezett optikai csipeszekben.
Hanem egy atomot a létrehozott csapdába, egy hosszú fókuszú lencsével rendelkező videokamera segítségével.
Miért van szükség ilyen kutatásra?
Ez az eredmény nagyon fontos abban az értelemben, hogy az egyes atomok kvbitként működhetnek - a kvantumszámítógépekben az információáramok rögzítésére és továbbítására szolgáló fő cellák.
Tehát az atom rögzítése egy optikai csipeszben (más néven dipólus csapda) az egyik legfontosabb elem a kvit tömb kialakításában és a kvantum transzformációk további megvalósításában.
Teljesen logikus, hogy a tömb rengeteg ilyen módon megtartott atomot tartalmaz, ami azt jelenti, hogy az atomok nemcsak megtartására, hanem helyes regisztrálására is szükség van.
Hogyan sikerült lefényképezned egy atomot
Tehát a tudósok nagyon nehéz feladat előtt álltak. Végül is szükség volt az atomok kezdeti lehűtésére (ilyen lehűtött formában az elektronikus állapotok képesek erre akár néhány másodpercig is fennmaradnak, ami több mint elegendő a kvantum számítógépekhez) és így "lassítsd" őket.
És egy külön atomot még mindig rögzíteni kell egy csapdában, ami nem más, mint egy speciális, több mikronos fókuszú lézersugár.
És a legnehezebb még mindig az atom megragadása volt. Végül is a legrövidebb idő alatt ellenőrizni kell az atom által szétszórt infravörös fotonok regisztrációját. És a kísérleti körülmények szerint az atomok rögzítésének a lehető legrövidebb időn belül meg kell történnie. Csak ebben az esetben lesz lehetőség qubitként használni őket.
A nyugati kollégák nagy teljesítményű EMCCD kamerákat - elektronszorzó kamerákat - használnak a rögzítéshez. De 2015 óta nem szállították őket Oroszországba, és az ára körülbelül 5 millió rubel.
Szakembereink az előző generációs sCMOS kamerák sokkal olcsóbb analógját használták, és elképesztő eredményeket értek el, nevezetesen:
Kiderült, hogy az atomot a lehető legkisebb expozíciós idővel - 50 milliszekundummal - rögzítik. Ez az idő összehasonlítható az ultramodern és drága kamerákat használó külföldi kollégák munkájával.
Mi volt a fő probléma, hogyan oldották meg
A tanulmány egyik szerzőjeként I. Beterov, a fő probléma az volt, hogy egyetlen atom rendkívül gyenge fényt bocsát ki, ezért az összes fókuszálást a videokamera mátrixának egy pixelére hajtották végre.
Számos kísérlet során sikerült kideríteni, hogy ha csak atomot próbál regisztrálni, akkor az a zaj hátterében alig különböztethető meg. A probléma kiküszöbölése érdekében úgy döntöttek, hogy rövid időre (0,000001 s-ra) kikapcsolják a dipólus csapdát.
Ilyen rövid idő alatt az atomnak egyszerűen nem volt ideje elhagyni a csapdát.
A be-kikapcsolási ciklust több ezerszer megismételték, ezáltal felgyülemlett a jel abban az időszakban, amikor a dipól lézert kikapcsolták.
Ez az első olyan munka a világon, amikor a hosszú fókuszú objektív és az sCMOS videokamera együttes használatát sikeresen elvégezték, és az eredmény a világ tudósait fogja érdekelni.
A tudósok kutatásaik eredményeit a folyóirat oldalain tették közzé "Quantum Electronics".
A novoszibirszki fizikusok azt tervezik, hogy megtanulják, hogyan lehet nagyobb pontossággal irányítani az egykbitikus műveleteket, és ezáltal zökkenőmentesen megközelíteni a kétkvites műveleteket. Így folytassa a kvantum számítógép logikai elemeinek "előkészítését".
Ha tetszett az anyag, akkor van egy like, komment és feliratkozás. Kösz a figyelmet!