Gli scienziati di Novosibirsk sono riusciti a catturare e fotografare un singolo atomo
Gruppo scientifico dell'Istituto di fisica dei semiconduttori. UN. IN. Rzhanov SB RAS Novosibirsk State University e l'Università tecnica sono riusciti non solo a fissare un singolo atomo di rubidio nelle cosiddette pinzette ottiche.
Ma anche "catturare" un atomo nella trappola creata usando una videocamera con un obiettivo a fuoco lungo.
Perché è necessaria tale ricerca
Questo risultato è molto importante nel senso che i singoli atomi possono agire come qubit, le celle principali per la registrazione e la trasmissione dei flussi di informazioni nei computer quantistici.
Quindi, fissare un atomo in una pinzetta ottica (un altro nome per una trappola dipolo) è uno degli elementi più importanti nella formazione di una matrice di qubit e nell'ulteriore implementazione delle trasformazioni quantistiche.
È abbastanza logico che l'array conterrà un numero enorme di atomi tenuti in questo modo, il che significa che è necessario non solo contenere, ma anche registrare correttamente gli atomi.
Come sei riuscito a fotografare un atomo
Quindi, gli scienziati hanno affrontato un compito molto difficile. Dopotutto, era necessario inizialmente raffreddare gli atomi (in una forma così raffreddata, gli stati elettronici possono persistono fino a un paio di secondi, che è più che sufficiente per i computer quantistici) e quindi "rallentarli".
E anche un atomo separato deve ancora essere fissato in una trappola, che non è altro che uno speciale raggio laser con una focalizzazione di diversi micron.
E la cosa più difficile era ancora catturare l'atomo. Dopotutto, è necessario controllare la registrazione dei fotoni infrarossi diffusi da un atomo nel più breve tempo possibile. E secondo le condizioni sperimentali, la fissazione degli atomi dovrebbe avvenire nel più breve tempo possibile. Solo in questo caso sarà possibile utilizzarli come qubit.
I colleghi occidentali utilizzano telecamere EMCCD ad alta efficienza, videocamere con moltiplicatore di elettroni per il fissaggio. Ma dal 2015 non sono stati forniti alla Russia e il loro prezzo è di circa 5 milioni di rubli.
I nostri specialisti hanno utilizzato un analogo molto più economico della precedente generazione di sCMOS - telecamere e hanno ottenuto risultati sorprendenti, ovvero:
Si è scoperto che l'atomo è stato riparato con il tempo di esposizione minimo possibile: 50 millisecondi. Questa volta è paragonabile al lavoro di colleghi stranieri che utilizzano fotocamere ultramoderne e costose.
Qual è stato il problema principale, come è stato risolto
Come uno degli autori dello studio, I. Beterov, il problema principale era che un singolo atomo emetteva un bagliore estremamente debole, e quindi tutta la messa a fuoco veniva eseguita su un pixel della matrice della videocamera.
Nel corso di numerosi esperimenti, è stato possibile scoprire che se provi solo a registrare un atomo, allora è difficilmente distinguibile sullo sfondo del rumore. Per ovviare a questo problema, si è deciso di disattivare la trappola del dipolo per un breve periodo (di 0,000001 s).
In un periodo di tempo così breve, l'atomo semplicemente non ha avuto il tempo di lasciare la trappola.
Il ciclo on-off è stato ripetuto nell'ordine di diverse migliaia di volte, accumulando così il segnale durante il periodo in cui il laser a dipolo era spento.
Questo è il primo lavoro al mondo in cui è stato eseguito con successo l'uso combinato di un obiettivo a fuoco lungo e di una videocamera sCMOS e il risultato interesserà gli scienziati di tutto il mondo.
Gli scienziati hanno pubblicato i risultati delle loro ricerche sulle pagine della rivista "Elettronica quantistica".
I fisici di Novosibirsk intendono imparare a controllare le operazioni a un qubit con maggiore precisione e quindi avvicinarsi senza problemi alle operazioni a due qubit. Quindi, procedere alla "preparazione" degli elementi logici del computer quantistico.
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