ФОТОНИКА И КВАНТОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Новости вузов,научных центров и технологических компаний
 
Новосибирские физики захватили одиночный атом рубидия в оптическую ловушку на длтельное время и сфотографировали его
Ученые Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, Новосибирского государственного университета и Новосибирского государственного технического университета смогли удержать одиночный атом рубидия в оптическом пинцете в течение сорока секунд. А также зарегистрировать атом в ловушке с помощью значительно более дешевой, чем обычно используется для таких исследований, видеокамеры, применив для получения изображения длиннофокусный объектив.

Одиночные атомы могут выступать в качестве кубитов ? элементов для хранения и передачи информации в квантовых компьютерах. Считается, что последние позволят реализовывать ускоренные методы машинного обучения; рассчитывать поведение многокомпонентных систем, что даст возможность создавать новые материалы, тестировать лекарства на молекулярном уровне; быстро находить ключи к современным системам шифрования данных.

Удержание одного атома в оптическом пинцете или, как его еще называют, дипольной ловушке ? первый шаг к созданию массива кубитов и проведению квантовых вычислений. Массив содержит множество атомов, каждый из которых удерживается «своим» оптическим пинцетом. Соответственно, нужно уметь не только захватывать атомы, но и корректно их регистрировать.

Электронные состояния холодных атомов могут существовать несколько секунд, это довольно долго в контексте квантовых вычислений и поэтому такие атомы удобны для использования в качестве кубитов. Работой с одиночными холодными атомами занимаются около 20-ти научных групп в мире, в России ? только две: в ИФП СО РАН и в Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова.

Зарубежные научные группы для таких регистраций используют высокочувствительные научные EMCCD-видеокамеры с электронным умножением, но они дороги ? стоят около пяти миллионов рублей и, к тому же, в Россию не поставляются с 2015 года. Новосибирские физики работали с научной sCMOS-видеокамерой предыдущего поколения, более низкого класса и существенно более дешевой (она стоила около шестисот тысяч рублей). Ученые смогли добиться впечатляющих результатов: достоверно зарегистрировали атом с минимальным временем экспозиции ? 50 миллисекунд. Это типично для экспериментов, которые проводят исследователи во Франции, Германии, Корее и других странах, используя более совершенные EMCCD-камеры. В последних экспериментах самое длительное время, в течение которого новосибирские ученые наблюдали одиночный атом ? 40 секунд.

Следующий шаг новосибирских ученых ? научиться выполнять однокубитовые операции с высокой точностью и перейти к двухкубитовым. То есть, если говорить упрощенно, «готовить» из холодных атомов логические элементы квантового компьютера, меняя электронные состояния атома и управляя ими.

Исследования поддержаны Российским научным фондом (проект № 18-12-00313), а также Фондом перспективных исследований.

Напомним, что Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН с 2018 года входит в состав научного консорциума, работа которого направлена на развитие квантовых технологий и, в частности, создание отечественного квантового компьютера. Консорциум создан на базе МГУ имени М. В. Ломоносова и включает ведущие вузы и НИИ, такие как Санкт-Петербургский государственный университет, Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Институт физики твердого тела Российской академии наук, Физико-технологический институт имени К.А. Валиева Российской академии наук, Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН и другие.

Источник: Пресс-служба ИФП СО РАН