Des scientifiques de Novossibirsk ont ​​réussi à capturer et photographier un seul atome

Groupe scientifique de l'Institut de physique des semi-conducteurs. UNE. DANS. L'Université d'État Rzhanov SB RAS de Novosibirsk et l'Université technique ont non seulement réussi à fixer un atome de rubidium individuel dans les soi-disant pincettes optiques.

Mais aussi «attraper» un atome dans le piège créé à l'aide d'une caméra vidéo avec un objectif à longue focale.

Pourquoi une telle recherche est nécessaire

Cette réalisation est très importante dans le sens où des atomes uniques peuvent agir comme des qubits - les principales cellules d'enregistrement et de transmission des flux d'informations dans les ordinateurs quantiques.

Ainsi, la fixation d'un atome dans une pince à épiler optique (un autre nom pour un piège à dipôles) est l'un des éléments les plus importants dans la formation d'un tableau de qubits et la mise en œuvre ultérieure de transformations quantiques.

Il est assez logique que le tableau contienne un grand nombre d'atomes maintenus de cette manière, ce qui signifie qu'il est nécessaire non seulement de maintenir, mais aussi d'enregistrer correctement les atomes.

Comment avez-vous réussi à photographier un atome

Ainsi, les scientifiques ont été confrontés à une tâche très difficile. Après tout, il était nécessaire de refroidir initialement les atomes (sous une telle forme refroidie, les états électroniques peuvent persister jusqu'à quelques secondes, ce qui est plus que suffisant pour les ordinateurs quantiques) et donc "les ralentir".

Et aussi un atome séparé doit toujours être fixé dans un piège, qui n'est rien de plus qu'un faisceau laser spécial avec une focalisation de plusieurs microns.

Et le plus difficile était encore de capturer l'atome. Après tout, il est nécessaire de vérifier l'enregistrement des photons infrarouges diffusés par un atome dans les plus brefs délais. Et selon les conditions expérimentales, la fixation des atomes doit avoir lieu dans les plus brefs délais. Seulement dans ce cas, il sera possible de les utiliser comme qubits.

Les collègues occidentaux utilisent des caméras EMCCD hautes performances - des caméras à multiplicateur d'électrons - pour la fixation. Mais depuis 2015, ils n'ont pas été fournis à la Russie et leur prix est d'environ 5 millions de roubles.

Nos spécialistes ont utilisé un appareil photo analogique beaucoup moins cher des caméras sCMOS de la génération précédente et ont obtenu des résultats étonnants, à savoir:

Il s'est avéré que l'atome était fixé avec le temps d'exposition minimum possible - 50 millisecondes. Cette fois-ci est comparable au travail de collègues étrangers qui utilisent des caméras ultramodernes et coûteuses.

Quel était le problème principal, comment a-t-il été résolu

En tant que l'un des auteurs de l'étude, I. Beterov, le principal problème était qu'un seul atome émet une lueur extrêmement faible, et donc toute la mise au point a été effectuée sur un pixel de la matrice de la caméra vidéo.

Au cours de nombreuses expériences, il a été possible de découvrir que si vous essayez simplement d'enregistrer un atome, il se distingue difficilement par rapport au bruit de fond. Pour contourner ce problème, il a été décidé de désactiver le piège dipolaire pendant une courte période (de 0,000001 s).

En si peu de temps, l'atome n'a tout simplement pas eu le temps de quitter le piège.

Le cycle marche-arrêt a été répété de l'ordre de plusieurs milliers de fois, accumulant ainsi le signal pendant la période où le laser dipôle était éteint.

Il s'agit du premier travail au monde où l'utilisation combinée d'un objectif à longue focale et d'une caméra vidéo sCMOS a été réalisée avec succès, et le résultat intéressera les scientifiques du monde entier.

Les scientifiques ont publié les résultats de leurs recherches sur les pages de la revue «Électronique quantique».

Les physiciens de Novossibirsk prévoient d'apprendre à contrôler les opérations à un qubit avec une précision accrue et ainsi aborder en douceur les opérations à deux qubits. Ainsi, passez à la "préparation" des éléments logiques de l'ordinateur quantique.

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