Los científicos de Novosibirsk lograron capturar y fotografiar un solo átomo
Grupo científico del Instituto de Física de Semiconductores. A. EN. Rzhanov SB RAS La Universidad Estatal de Novosibirsk y la Universidad Técnica lograron no solo fijar un átomo de rubidio individual en las llamadas pinzas ópticas.
Pero también "atrapa" un átomo en la trampa creada usando una cámara de video con una lente de enfoque largo.
Por qué se necesita tal investigación
Este logro es muy importante en el sentido de que los átomos individuales pueden actuar como qubits, las células principales para registrar y transmitir flujos de información en las computadoras cuánticas.
Entonces, fijar un átomo en unas pinzas ópticas (otro nombre para una trampa dipolo) es uno de los elementos más importantes en la formación de una matriz de qubits y una mayor implementación de las transformaciones cuánticas.
Es bastante lógico que la matriz contenga una gran cantidad de átomos retenidos de esta manera, lo que significa que es necesario no solo retener, sino también registrar correctamente los átomos.
¿Cómo lograste fotografiar un átomo
Entonces, los científicos enfrentaron una tarea muy difícil. Después de todo, era necesario enfriar inicialmente los átomos (en una forma tan enfriada, los estados electrónicos pueden persistir hasta un par de segundos, que es más que suficiente para las computadoras cuánticas) y por lo tanto "ralentizarlos".
Y también se debe fijar un átomo separado en una trampa, que no es más que un rayo láser especial con un enfoque de varias micras.
Y lo más difícil seguía siendo capturar el átomo. Después de todo, es necesario verificar el registro de fotones infrarrojos dispersos por un átomo en el menor tiempo posible. Y según las condiciones experimentales, la fijación de átomos debería producirse en el menor tiempo posible. Solo en este caso será posible utilizarlos como qubits.
Los colegas occidentales utilizan cámaras EMCCD de alto rendimiento (cámaras multiplicadoras de electrones) para la fijación. Pero desde 2015 no se han suministrado a Rusia y su precio es de unos 5 millones de rublos.
Nuestros especialistas utilizaron un análogo mucho más barato de la generación anterior de sCMOS: cámaras y lograron resultados sorprendentes, a saber:
Resultó arreglar el átomo con el mínimo tiempo de exposición posible: 50 milisegundos. Esta vez es comparable al trabajo de colegas extranjeros que usan cámaras ultramodernas y costosas.
¿Cuál fue el problema principal, cómo se resolvió?
Como uno de los autores del estudio, I. Beterov, el principal problema fue que un solo átomo emite un brillo extremadamente débil y, por lo tanto, todo el enfoque se realizó en un píxel de la matriz de la cámara de video.
En el transcurso de numerosos experimentos, fue posible descubrir que si solo intenta registrar un átomo, apenas se puede distinguir del ruido de fondo. Para solucionar este problema, se decidió apagar la trampa dipolo por un corto tiempo (por 0.000001 s).
En tan poco tiempo, el átomo simplemente no tuvo tiempo de salir de la trampa.
El ciclo de encendido y apagado se repitió en el orden de varios miles de veces, acumulando así la señal durante el período en el que se apagó el láser dipolo.
Este es el primer trabajo en el mundo en el que se llevó a cabo con éxito el uso combinado de una lente de enfoque largo y una cámara de video sCMOS, y el resultado será de interés para los científicos de todo el mundo.
Los científicos publicaron los resultados de su investigación en las páginas de la revista. "Electrónica cuántica".
Los físicos de Novosibirsk planean aprender a controlar las operaciones de un qubit con mayor precisión y así abordar sin problemas las operaciones de dos qubit. Así, procede a la "preparación" de los elementos lógicos de la computadora cuántica.
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