Ilmuwan dari Novosibirsk berhasil menangkap dan memotret satu atom

Kelompok Ilmiah dari Institut Fisika Semikonduktor. SEBUAH. DI. Rzhanov SB RAS Novosibirsk State University dan Technical University tidak hanya berhasil memperbaiki atom rubidium individu dalam apa yang disebut pinset optik.

Tetapi juga "menangkap" atom dalam perangkap yang dibuat menggunakan kamera video dengan lensa fokus-panjang.

Mengapa penelitian seperti itu dibutuhkan

Pencapaian ini sangat penting dalam arti bahwa atom tunggal dapat bertindak sebagai qubit - sel utama untuk merekam dan mentransmisikan arus informasi di komputer kuantum.

Jadi, memasang atom di pinset optik (nama lain untuk perangkap dipol) adalah salah satu elemen terpenting dalam pembentukan larik qubit dan implementasi transformasi kuantum lebih lanjut.

Sangat logis bahwa array akan berisi sejumlah besar atom yang dipegang dengan cara ini, yang berarti tidak hanya perlu untuk menahan, tetapi juga untuk mendaftarkan atom dengan benar.

Bagaimana Anda bisa memotret atom

Jadi, para ilmuwan menghadapi tugas yang sangat sulit. Bagaimanapun, pada awalnya perlu untuk mendinginkan atom (dalam bentuk yang didinginkan seperti itu, keadaan elektronik bisa bertahan hingga beberapa detik, yang lebih dari cukup untuk komputer kuantum) dan karenanya "memperlambat" mereka.

Dan juga atom yang terpisah masih harus dipasang di perangkap, yang tidak lebih dari sinar laser khusus dengan fokus beberapa mikron.

Dan hal tersulit masih menangkap atom. Bagaimanapun, perlu untuk memeriksa pendaftaran foton inframerah yang dihamburkan oleh atom dalam waktu sesingkat mungkin. Dan menurut kondisi percobaan, fiksasi atom harus berlangsung dalam waktu sesingkat mungkin. Hanya dalam kasus ini dimungkinkan untuk menggunakannya sebagai qubit.

Rekan-rekan Barat menggunakan kamera EMCCD yang sangat efisien - kamera video pengganda elektron untuk fiksasi. Tetapi sejak 2015, mereka belum dipasok ke Rusia, dan harganya sekitar 5 juta rubel.

Spesialis kami menggunakan analog yang jauh lebih murah dari kamera sCMOS generasi sebelumnya dan mencapai hasil yang luar biasa, yaitu:

Ternyata untuk memperbaiki atom dengan waktu pemaparan seminimal mungkin - 50 milidetik. Kali ini sebanding dengan karya rekan asing yang menggunakan kamera ultra-modern dan mahal.

Apa masalah utamanya, bagaimana pemecahannya

Sebagai salah satu penulis penelitian, I. Beterov, masalah utamanya adalah bahwa satu atom memancarkan cahaya yang sangat lemah, dan oleh karena itu semua pemfokusan dilakukan pada satu piksel matriks kamera video.

Dalam berbagai percobaan, adalah mungkin untuk mengetahui bahwa jika Anda hanya mencoba mendaftarkan atom, maka hampir tidak dapat dibedakan dengan latar belakang kebisingan. Untuk mengatasi masalah ini, diputuskan untuk mematikan perangkap dipol untuk waktu yang singkat (sebesar 0,000001 detik).

Dalam waktu sesingkat itu, atom tidak punya waktu untuk keluar dari perangkap.

Siklus hidup-mati diulangi dalam urutan beberapa ribu kali, dengan demikian mengumpulkan sinyal selama periode ketika laser dipol dimatikan.

Ini adalah pekerjaan pertama di dunia ketika penggunaan gabungan lensa fokus panjang dan kamera video sCMOS berhasil dilakukan, dan hasilnya akan menarik minat para ilmuwan di seluruh dunia.

Para ilmuwan mempublikasikan hasil penelitian mereka di halaman jurnal "Quantum Electronics".

Fisikawan Novosibirsk berencana untuk belajar bagaimana mengontrol operasi satu qubit dengan akurasi yang meningkat dan dengan demikian mendekati operasi dua qubit dengan lancar. Jadi, lanjutkan ke "persiapan" elemen logis dari komputer kuantum.

Jika Anda menyukai materi, maka Anda memiliki suka, komentar, dan langganan. Terima kasih atas perhatiannya!