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.
Галилео. Упаковка для яиц
