מדענים מנובוסיבירסק הצליחו לתפוס ולצלם אטום יחיד

קבוצה מדעית מהמכון לפיזיקה של מוליכים למחצה. א. IN. Rzhanov SB RAS Novosibirsk State University והאוניברסיטה הטכנית הצליחו לא רק לתקן אטום רובידיום בודד בפינצטה האופטית כביכול.

אך גם "לתפוס" אטום במלכודת שנוצרה באמצעות מצלמת וידיאו עם עדשה עם מיקוד ארוך.

מדוע יש צורך במחקר כזה

הישג זה חשוב מאוד במובן שאטומים בודדים יכולים לשמש כקוביטים - התאים העיקריים להקלטה והעברת זרימת מידע במחשבים קוונטיים.

לכן, קיבוע אטום בפינצטה אופטית (שם אחר למלכודת דיפול) הוא אחד האלמנטים החשובים ביותר ביצירת מערך של קוביטים ויישום נוסף של טרנספורמציות קוונטיות.

זה די הגיוני שהמערך יכיל מספר עצום של אטומים המוחזקים בצורה זו, מה שאומר שיש צורך לא רק להחזיק אלא גם לרשום נכון את האטומים.

איך הצלחת לצלם אטום

אז המדענים עמדו בפני משימה קשה מאוד. אחרי הכל, היה צורך לקרר את האטומים בתחילה (בצורה כה מקוררת, המצבים האלקטרוניים יכולים נמשך עד כמה שניות, וזה יותר ממספיק למחשבים קוונטיים) וכך "תאט" אותם.

וגם אטום נפרד עדיין חייב להיות קבוע במלכודת, שהיא לא יותר מקרן לייזר מיוחדת עם מיקוד של כמה מיקרון.

והדבר הקשה ביותר היה עדיין לכידת האטום. אחרי הכל, יש צורך לבדוק את רישומם של פוטונים אינפרא-אדום המפוזרים על ידי אטום בזמן הקצר ביותר האפשרי. ועל פי תנאי הניסוי, קיבוע האטומים צריך להתרחש בזמן הקצר ביותר האפשרי. רק במקרה זה ניתן יהיה להשתמש בהם כקוביטים.

עמיתים מערביים משתמשים במצלמות EMCCD יעילות ביותר - מצלמות וידאו למכפיל אלקטרונים לצורך קיבוע. אבל מאז 2015 הם לא סופקו לרוסיה, ומחירם הוא כ -5 מיליון רובל.

המומחים שלנו השתמשו באנלוגיה הרבה יותר זולה של הדור הקודם של מצלמות sCMOS והשיגו תוצאות מדהימות, כלומר:

התברר כי קיבע את האטום בזמן החשיפה המינימלי האפשרי - 50 אלפיות השנייה. זמן זה ניתן להשוות לעבודתם של עמיתים זרים המשתמשים במצלמות אולטרה-מודרניות ויקרות.

מה הייתה הבעיה העיקרית, איך היא נפתרה

כאחד ממחברי המחקר, אני. בטרוב, הבעיה העיקרית הייתה שאטום בודד פולט זוהר חלש ביותר, ולכן כל ההתמקדות בוצעה בפיקסל אחד של מטריצת מצלמת הווידיאו.

במהלך ניסויים רבים, ניתן היה לגלות שאם רק תנסה לרשום אטום, זה כמעט לא ניתן להבחין על רקע רעש. כדי לעקוף בעיה זו, הוחלט לכבות את מלכודת הדיפול לתקופה קצרה (ב 0.000001 שניות).

בפרק זמן כה קצר, לאטום פשוט לא היה זמן לעזוב את המלכודת.

מחזור ההפעלה חזר על עצמו בסדר גודל של כמה אלפי פעמים, ובכך צבר את האות בתקופה בה כיבו את לייזר הדיפול.

זו העבודה הראשונה בעולם כאשר השימוש המשולב בעדשה עם מיקוד ארוך ובמצלמת וידיאו sCMOS בוצע בהצלחה, והתוצאה תעניין את המדענים ברחבי העולם.

המדענים פרסמו את תוצאות מחקריהם בדפי כתב העת "אלקטרוניקה קוונטית".

הפיזיקאים של נובוסיבירסק מתכוונים ללמוד כיצד לשלוט בפעולות חד-קוביות בדיוק מוגבר וכך לגשת בצורה חלקה לפעולות של שתי קוביות. לפיכך, המשך ל"הכנה "של האלמנטים הלוגיים של המחשב הקוונטי.

אם אהבת את החומר, יש לך לייק, תגובה ומנוי. תודה על תשומת הלב!