Ученые из Южной Кореи 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 микромасштаба, создавая оптические пинцеты, ловушки и, возможно, даже притягивающие лучи.
Для нового исследования, исследователи из Корейского института передовых 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 захватила их в сетку лазеров, настроенных на длину волны 800 нанометров.
Чтобы бросить их, команда ускоряет одну оптическую ловушку, затем выключает 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 (Jaewook Ahn), ведущий автор исследования. «Другими словами, атом бросается и ловится между двумя оптическими ловушками так же, как мяч проходит между питчером и кетчером в бейсбольном матче».
Члены исследовательской изображены с оптической установкой, используемой для создания свободно летающих атомов. Для броска ловушка, удерживающая атом, ускоряется, а затем отключается, в результате чего атом вылетает из ловушки. Затем включается еще одна ловушка для захвата приближающегося атома и замедляется до полной остановки атома. Фото: Jaewook Ahn, Korea Advanced Institute of Science and Technology.
Интересно, что команда показала, что атомы могут быть переброшены через другие стационарные оптические ловушки, не мешая им и не взаимодействуя с другими атомами по пути. Это означает, что это может быть эффективный метод перемещения атомов по массиву без необходимости полной перезагрузки/сбрасывания всего этого.
«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 приводить к еще большему количеству дефектов».
Этот метод также можно использовать для создания более динамичных квантовых компьютеров, позволяющих перемещать кубиты информации относительно друг друга. Однако до этого, команда планирует продолжить работу над повышением вероятности успеха создания свободно летающих атомов до примерно 94% и выше.
Исследование опубликовано в журнале Optica.
