Отдельные атомы могут перемещаться между световыми ловушками

Ученые в Южной Корее создали то, что они называют «самой маленькой в ​​мире игрой в мяч», бросая отдельные атомы между двумя оптическими ловушками. Исследование может в конечном итоге привести к созданию более адаптируемых и динамичных квантовых компьютеров.

Возможность использовать лазеры для захвата и управления отдельными атомами, частицами и даже живыми бактериями стала прорывом, удостоенным Нобелевской премии.

Радиационное давление света может быть достаточно сильным, чтобы перемещать или удерживать объекты микромира, создавая оптические пинцеты, ловушки и, возможно, даже притягивающие лучи.

Для нового исследования ученые из Корейского передового института науки и технологий (KAIST) разработали способ перебрасывания атома из одной ловушки в другую.

Как обычно в подобных установках, команда начала с охлаждения облака атомов рубидия почти до абсолютного нуля, а затем поместила их в сетку лазеров, настроенных на длину волны 800 нанометров.

Чтобы бросить их, ученые ускоряют одну оптическую ловушку, а затем выключают ее, и атом летит. Чтобы поймать его, включается другая ловушка, которая замедляет его до тех пор, пока он не остановится. В ходе испытаний ученые бросали атомы на расстояние 4,2 микрометра со скоростью до 65 см в секунду.

«Свободно летающие атомы перемещаются из одного места в другое, не удерживаясь оптической ловушкой и не взаимодействуя с ней», — сказал Джэук Ан, ведущий автор исследования. «Другими словами, атом брошен и пойман между двумя оптическими ловушками так же, как мяч проходит между питчером и кетчером в бейсбольном матче».

Интересно, что работа показала, что атомы могут быть выброшены через другие стационарные оптические ловушки, не мешая и не взаимодействуя с другими атомами по пути. Это означает, что существует эффективный метод перемещения атомов по массиву без необходимости полной перезагрузки.

«Мы часто сталкивались с ошибками компоновки, которые делали массив дефектным, — сказал Ан. «Мы хотели найти эффективный способ исправить дефектный массив без необходимости перемещать большое количество атомов, потому что это может привести к еще большему количеству дефектов».

Этот метод также можно использовать для создания более динамичных квантовых компьютеров, позволяющих перемещать кубиты информации относительно друг друга.

В экспериментах исследователи успешно создавали свободно летающие атомы примерно в 94% случаев. Сейчас они работают над тонкой настройкой техники, чтобы приблизиться к 100% успеху.

«Эти типы летающих атомов могут обеспечить новый тип динамических квантовых вычислений, позволяя более свободно изменять относительное расположение кубитов — квантовый эквивалент двоичных битов», — сказал Ан. «Метод также можно использовать для создания столкновений между отдельными атомами, открывая новую область химии».

Исследование было опубликовано в журнале Optica.