Физики хотят заманить атомы в упаковку для яиц

Учёные сформировали поверхность, похожую на картонную упаковку для яиц, и проделали в ней крошечные отверстия. Тем самым, они на шаг приблизились к созданию Компьютеров Будущего. А всё потому, что отверстие — тёмное пятно в лучах лазера — однажды может стать ловушкой для отдельного атома.

"Во всём мире предпринимаются попытки создания компьютеров, в которых эксплуатируются квантовые свойства атомов, — объясняет адъюнкт-профессор физики в университете Огайо (OSU) Грэгори Лафьятис (Gregory Lafyatis).

— Эти так называемые квантовые компьютеры позволили бы производить намного более быстрые вычисления.

 

 

Один из способов разработки таких компьютеров включает в себя упаковку отдельных атомов на чипе (пластинке) так, чтобы лазерные лучи могли считывать квантовые данные (состояния атомов)".

Лафьятис и докторант Катерина Кристэндл (Katherina Christandl) спроектировали пластинку с поверхностью "из лазерного света", которая функционирует, как множество крошечных ловушек — каждая из них потенциально может удерживать один-единственный атом.

В теории проект может однажды позволить учёным считывать квантовые данные почти точно так же, как компакт-диски читаются сегодня.

В первой части эксперимента лазерные лучи и магнитные поля захватывают выпаренные атомы рубидия и формируют из них облако размером с горошину (иллюстрация Ohio State University).

"Упаковке для яиц" из Огайо вполне подходит название "оптическая решётка". Подобные структуры создавались другими исследователями и раньше, но с практической реализацией то и дело возникали проблемы.

Например, эти решётки (в одном из вариантов ловушки) захватывали атомы, формируя из них многослойный куб, плавающий в свободном пространстве. Но управлять атомами в центре куба было крайне трудно.

Американские физики предположили, что если единственный слой атомов будет находиться чуть выше стеклянной пластины, каждым атомом можно будет управлять отдельным лазерным лучом.

Вторая часть: сформированное облако атомов перемещается и занимает положение выше стеклянной пластины (иллюстрация Ohio State University).

Сначала проект своей решётки они смоделировали на компьютере.

Для формирования сетки из пиков и ямок — той самой "яичной упаковки" — были использованы два набора лазерных лучей, пересекающихся непосредственно в тонком прозрачном покрытии на стекле.

К удивлению Лафьятиса и Кристэндл, моделирование показало, что каждая ямка содержит тёмное пятно — крошечную пустую сферу, сформированную электрическими полями, способными сыграть роль ловушек для отдельных атомов.

Сейчас магнитные поля будут отключены, и атомы упадут на поверхность пластины в электромагнитные ловушки, созданные пересекающимися лучами лазерного света (иллюстрация Ohio State University).

Хотя уже не на компьютере, а в лаборатории учёные смогли создать свою оптическую решётку, пока нельзя утверждать наверняка, что эти ловушки фактически работают.

Однако авторы работы полны оптимизма: "Мы вполне уверены, что сможем заманить в ловушку атомы и сделать первый шаг к созданию квантового чипа памяти", — сообщил Лафьятис, отметив, что до полноценного квантового компьютера ещё очень далеко, многие годы работы.

В свою очередь, госпожа Кристэндл полагает, что изолировать один атом в западне удастся, по меньшей мере, через два года.

И вот уже отдельный атом лежит, как яйцо в картонной упаковке (иллюстрация Ohio State University).

Но и по результатам на сегодняшний день физикам удалось кое-чего добиться: они с помощью магнитных полей сформировали газообразное облако размером с горошину из миллиарда атомов рубидия.

Теперь учёные работают над тем, чтобы поместить это облако точно над пластиной и оптической решёткой на её поверхности. Теоретически, если выпустить атомы правильным способом, они упадут в западни.

Лафьятис надеется, что этот эксперимент будет проведён до августа нынешнего года — прежде, чем его помощница получит докторскую степень и, вероятно, покинет университет.

Статья о науки и техники получена: Membrana.ru