تمكن العلماء من نوفوسيبيرسك من التقاط وتصوير ذرة واحدة

مجموعة علمية من معهد فيزياء اشباه الموصلات. أ. في. لم تتمكن جامعة ولاية نوفوسيبيرسك والجامعة التقنية Rzhanov SB RAS فقط من إصلاح ذرة روبيديوم فردية في ما يسمى بالملاقط البصرية.

ولكن أيضًا "التقط" ذرة في المصيدة المنشأة باستخدام كاميرا فيديو بعدسة ذات تركيز طويل.

لماذا هناك حاجة إلى مثل هذا البحث

هذا الإنجاز مهم جدًا بمعنى أن الذرات المفردة يمكن أن تعمل كوحدات كيوبت - الخلايا الرئيسية لتسجيل ونقل المعلومات المتدفقة في أجهزة الكمبيوتر الكمومية.

لذلك ، فإن تثبيت ذرة في ملاقط بصرية (اسم آخر هو فخ ثنائي القطب) هو أحد أهم العناصر في تكوين مجموعة من الكيوبتات وتنفيذ المزيد من التحولات الكمومية.

من المنطقي تمامًا أن تحتوي المصفوفة على عدد كبير من الذرات المحفوظة بهذه الطريقة ، مما يعني أنه من الضروري ليس فقط الاحتفاظ بالذرات ، ولكن أيضًا لتسجيل الذرات بشكل صحيح.

كيف تمكنت من تصوير الذرة

لذلك ، واجه العلماء مهمة صعبة للغاية. بعد كل شيء ، كان من الضروري في البداية تبريد الذرات (في مثل هذا الشكل المبرد ، يمكن للحالات الإلكترونية تستمر حتى بضع ثوانٍ ، وهو أكثر من كافٍ لأجهزة الكمبيوتر الكمومية) وبالتالي "إبطاء" لهم.

وأيضًا يجب تثبيت ذرة منفصلة في مصيدة ، وهي ليست أكثر من شعاع ليزر خاص بتركيز يبلغ عدة ميكرونات.

وكان أصعب شيء هو التقاط الذرة. بعد كل شيء ، من الضروري التحقق من تسجيل فوتونات الأشعة تحت الحمراء المتناثرة بواسطة ذرة في أقصر وقت ممكن. ووفقًا للشروط التجريبية ، يجب أن يتم تثبيت الذرات في أقصر وقت ممكن. فقط في هذه الحالة سيكون من الممكن استخدامها كوحدات كيوبت.

يستخدم الزملاء الغربيون كاميرات EMCCD عالية الأداء - كاميرات مضاعفة الإلكترون - للتثبيت. لكن منذ عام 2015 لم يتم توريدها إلى روسيا ، وسعرها حوالي 5 ملايين روبل.

استخدم المتخصصون لدينا نظيرًا أرخص بكثير من الجيل السابق sCMOS - الكاميرات وحققوا نتائج مذهلة ، وهي:

اتضح أنه يتم إصلاح الذرة بأقل وقت ممكن للتعرض - 50 مللي ثانية. هذه المرة يمكن مقارنتها بعمل الزملاء الأجانب الذين يستخدمون كاميرات حديثة للغاية وباهظة الثمن.

ما هي المشكلة الرئيسية ، كيف تم حلها

بصفته أحد مؤلفي الدراسة ، أ. Beterov ، كانت المشكلة الرئيسية هي أن ذرة واحدة تصدر وهجًا ضعيفًا للغاية ، وبالتالي تم إجراء كل التركيز على بكسل واحد من مصفوفة كاميرا الفيديو.

في سياق العديد من التجارب ، كان من الممكن معرفة أنه إذا حاولت فقط تسجيل ذرة ، فلا يمكن تمييزها على خلفية الضوضاء. للتغلب على هذه المشكلة ، تقرر إيقاف تشغيل المصيدة ثنائية القطب لفترة قصيرة (بمقدار 0.000001 ثانية).

في مثل هذه الفترة القصيرة من الزمن ، لم يكن لدى الذرة ببساطة الوقت لترك الفخ.

تم تكرار دورة التشغيل والإيقاف بترتيب عدة آلاف من المرات ، وبالتالي تراكم الإشارة خلال الفترة التي تم فيها إيقاف تشغيل الليزر ثنائي القطب.

هذا هو أول عمل في العالم عندما تم بنجاح تنفيذ الاستخدام المشترك لعدسة طويلة التركيز وكاميرا فيديو sCMOS ، وستكون النتيجة محل اهتمام العلماء في جميع أنحاء العالم.

نشر العلماء نتائج أبحاثهم على صفحات المجلة "إلكترونيات الكم".

يخطط علماء الفيزياء في نوفوسيبيرسك لتعلم كيفية التحكم في العمليات ذات الكيوبت الواحد بدقة متزايدة ، وبالتالي الاقتراب بسلاسة من العمليات ثنائية الكيوبت. وهكذا ، انتقل إلى "إعداد" العناصر المنطقية للحاسوب الكمومي.

إذا أعجبتك المادة ، فلديك إعجاب وتعليق واشتراك. شكرا للاهتمام!