Российские ученые предложили простой метод «загрузки» ионных ловушек

Российские исследователи изобрели новый метод, который позволяет сильно упростить процесс манипуляций с заряженными атомами. Это открытие в конечном итоге может привести к упрощению производства атомных часов и квантовых компьютеров. Статья исследователей опубликована в журнале Applied Physics Letters.

Окружающие нас предметы состоят из огромного количества атомов и молекул. Их поведение определяется законами квантовой механики, но именно квантовые свойства этих частиц наиболее ярко проявляются при их изоляции друг от друга. Имеющиеся в настоящее время технологии позволяют захватить и удержать атомы лазерным лучом или волнами радиочастотного диапазона внутри вакуумных камер.

Еще в прошлом веке ученые предложили множество способов использования отдельных атомов в практических целях. Квантовый компьютер, в котором атомы или элементарные частицы выступают в качестве кубитов, может, например, в перспективе решать за секунды задачи, на которые суперкомпьютеру потребуются тысячи лет.

Другой пример использования квантовых свойств атомов — это атомные часы. В механических часах время помогает отсчитать маятник, качающийся из стороны в сторону каждую секунду. Но такое устройство ненадежно и требует постоянной настройки. Не лишены этого и электронные часы. Избежать проблемы и обеспечить постоянное и точное измерение времени могут атомные часы. В них роль маятника выполняет электрон, вращающийся вокруг ядра. Так как скорость вращения электрона определяется лишь фундаментальными законами микромира, то точность таких часов намного превышает механические и даже электронные аналоги.

Изолированные частицы, которые составляют основу всех квантовых устройств, можно получить, используя лазерную или радиочастотную ловушки. Для этого требуется доставить атом требуемого вещества в зону захвата и оторвать от него электрон. Как только это происходит, атом тут же захватывает ловушка. Обычно отрыв осуществляется бомбардировкой пучком электронов или фотонов, разогнанных до больших скоростей. Но для осуществления этого нужна электронная пушка, которая уменьшает вакуум в системе, или сложная и дорогостоящая система лазеров.

Ученые из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН, поддержанные грантом Российского научного фонда, предложили способ обойтись без этих установок. Они нанесли на поверхность ловушки специальное покрытие из магния и иттрия, которое может эффективно испускать электроны под действием синего или ультрафиолетового излучения. Испущенные частицы ускоряются самой ловушкой и обеспечивают бомбардировку атомов. В такой системе для загрузки ионов в ловушку достаточно всего лишь облучить покрытие ультрафиолетовым светодиодом, который может быть куплен в любом радиотехническом магазине.

«Мы обнаружили простой метод загрузки одиночных ионов в ловушки с помощью облучения поверхности легко доступными диодами и определили спектр света, эффективно высвобождающего электроны. Наш способ позволяет существенно удешевить и упростить ионные квантовые установки, а значит, приближает момент, когда они покинут стены лабораторий и станут широко использоваться в повседневной жизни. В дальнейшем мы планируем работать над увеличением эффективности загрузки ловушек, совершенствуя их строение», — резюмирует младший научный сотрудник ФИАН Илья Заливако.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.