Лазерный мир

Корейцам удалось создать «летающие атомы», запуская их из одного лазера в другой. По мнению исследователей, этот подход может быть использован в фундаментальных исследованиях, таких как низкоэнергетические одноатомные столкновения, а также в квантовых вычислениях на основе летающих кубитов. В отличие от предыдущих экспериментов с использованием оптического пинцета для захвата и манипулирования отдельными атомами, здесь атомы не «направляются» лазерным лучом, который мог бы их поймать; они фактически выбрасываются одним пинцетом, а затем ловятся вторым, отмечает команда.

«Одиночные атомы, перемещающиеся из одного места в другое, создадут летающую квантовую память, которая может быть использована как для квантовой связи, так и для квантовых вычислений», — объясняют Хансуб Хванг и его коллеги в своей статье.

Хотя преимущество летающих кубитов может быть утрачено, если они постоянно взаимодействуют с направляющими средствами, особенно в переполненной атомной решетке — кубиты очень чувствительны к внешним возмущениям — здесь это ограничение больше не возникает, поскольку время контакта между зажимами и атомами сокращено до минимума. Исследователи сообщают о «скорости свободного полета 0,65 м/с на расстояние 12,6 микрометра, с эффективностью транспортировки 94%, даже в присутствии других оптических пинцетов или атомов на пути».

Оптические пинцеты — или однолучевые ловушки градиента силы — это приборы, использующие высокосфокусированный лазерный луч для захвата и перемещения микроскопических диэлектрических частиц (атомов, молекул, микробусинок, биологических объектов и т.д.). Лазерный луч создает градиент электромагнитного поля. Диэлектрическая частица с более высоким показателем преломления, чем окружающая среда, испытывает силу, которая тянет ее к этому градиенту интенсивности света.

В то же время часть лазерного излучения отражается от частицы, создавая давление излучения, называемое силой рассеяния, которая стремится толкнуть частицу вдоль оси распространения. Таким образом, ловушка полагается на баланс между двумя противоположными силами: силой, обусловленной градиентом, и радиационным давлением, оказываемым рассеянием света на частице. Движение луча изменяет баланс сил на частице, и частица мгновенно перемещается вместе с лучом.

Одиночные атомы, манипулируемые с помощью оптического пинцета, привлекают особое внимание из-за их перспективного использования в качестве элементарных носителей квантовой информации. В последние годы несколько сотен отдельных атомов были динамически перегруппированы с помощью оптического пинцета для формирования бездефектных атомных массивов. Для своих экспериментов исследователи KAIST использовали чрезвычайно холодные атомы рубидия при температуре 40 мкК — на несколько миллионных долей градуса выше абсолютного нуля. Используя первый оптический пинцет, они нацеливались на атом, чтобы привести его в движение; затем включался второй лазер, чтобы «поймать его в полете» и привести в нужное место. Таким образом, оптические пинцеты используются уже не как «носители атомов», а как ускорители (пускатели) и замедлители (улавливатели) атомов, объясняют они.

Источник: https://new-science.ru/vpervye-issledovateli-vystrelivajut-i-lovyat-otdelnye-atomy-s-pomoshhju-lazerov/