Немецкие физики увеличили время действия оптических резонаторов
|
Исследователям из Института квантовой оптики им. Макса Планка удалось создать технологию «квазипостоянного» удержания единичного атома между двумя зеркалами. Немецкие ученые надеются, что их разработка приблизит долгожданное появление квантового компьютера, где в качестве логических единиц информации выступают атомы и молекулы.
Серия успешных экспериментов по управлению местоположением отдельных атомов с помощью оптического резонатора была проведена в лаборатории профессора Герхарда Ремпе (Gerhard Rempe). В своей работе, опубликованной в журнале Nature, немецкие ученые сообщают, что с помощью сложной системы лазеров им удавалось охлаждать атомы рубидия и удерживать их в заданной области пространства в среднем на протяжении 17 секунд.
В принципе, методы улавливания, охлаждения и удержания нейтральных атомов уже хорошо известны: для этого используется так называемая «магнито-оптическая ловушка», где удерживаемый атом обстреливается с шести сторон с помощью лазеров, частота которых лежит на грани энергии возбуждения. Благодаря эффекту Доплера атом входит в состояние резонанса и постепенно теряет скорость — охлаждается. Немецкие экспериментаторы добавили к этой схеме два вогнутых высококачественных зеркала, расположенных на расстоянии 14 мм друг от друга.
Как только атомы попадают в пространство между зеркалами, ученые изменяют геометрию ловушки, отражая луч лазера «на себя» и генерируя, таким образом, стоячую волну, в которой «застревает» атом. Еще два дополнительных лазера, установленные под углом 45° и 90° по отношению к стоячей волне и к оси оптического резонатора соответственно, бьют по атому «крест-накрест» (см. иллюстрацию). В итоге, говорится в пресс-релизе института, атом, резонатор и световая ловушка создают сложную систему, в которой возбужденный атом испускает фотоны, идущие по оси резонатора, создавая между зеркалами световое поле, сильно зависящее от положения атома. Каждый раз, когда атом изменяет свое положение в пространстве, световое поле реагирует с небольшой заминкой, отнимая у атома его энергию и замедляя его движение точно так же, как сила трения на макроуровне отнимает энергию у катящегося по ровной поверхности шарика.
Если обычные системы позволяют удерживать атомы в ловушке на протяжении 2,7 секунд, то система, разработанная немецкими учеными, позволяет довести этот показатель до куда более внушительных 17 секунд. Теоретически, этот показатель может превышать одну минуту.
