नोवोसिबिर्स्क के वैज्ञानिकों ने एक एकल परमाणु को पकड़ने और तस्वीर खींचने में कामयाब रहे

सेमीकंडक्टर भौतिकी संस्थान से वैज्ञानिक समूह। ए। में। Rzhanov SB RAS नोवोसिबिर्स्क स्टेट यूनिवर्सिटी और तकनीकी विश्वविद्यालय न केवल तथाकथित ऑप्टिकल चिमटी में एक अलग रूबिडियम परमाणु को ठीक करने में सफल रहे।

लेकिन एक लंबे समय के फोकस लेंस वाले वीडियो कैमरा का उपयोग करके बनाए गए जाल में एक परमाणु को "पकड़" भी।

इस तरह के शोध की आवश्यकता क्यों है

यह उपलब्धि इस मायने में बहुत महत्वपूर्ण है कि एकल परमाणु क्वांट के रूप में कार्य कर सकते हैं - क्वांटम कंप्यूटर में सूचना प्रवाह को रिकॉर्ड करने और प्रसारित करने के लिए मुख्य कोशिकाएं।

तो, एक ऑप्टिकल चिमटी में एक परमाणु को ठीक करना (एक द्विध्रुवीय जाल के लिए दूसरा नाम) एक सबसे महत्वपूर्ण तत्वों में से एक है, जो क्वाटरों की एक सरणी के निर्माण और क्वांटम परिवर्तनों के आगे कार्यान्वयन के लिए है।

यह काफी तर्कसंगत है कि सरणी में इस तरह से रखे गए परमाणुओं की एक बड़ी संख्या होगी, जिसका अर्थ है कि यह न केवल पकड़ के लिए आवश्यक है, बल्कि परमाणुओं को सही ढंग से पंजीकृत करने के लिए भी आवश्यक है।

आपने एक परमाणु की तस्वीर कैसे प्रबंधित की

इसलिए, वैज्ञानिकों को एक बहुत मुश्किल काम का सामना करना पड़ा। आखिरकार, परमाणुओं को शुरू में ठंडा करना आवश्यक था (ऐसे शांत रूप में, इलेक्ट्रॉनिक राज्य कर सकते हैं कुछ सेकंड तक बने रहें, जो क्वांटम कंप्यूटर के लिए पर्याप्त से अधिक है) और इस प्रकार "उन्हें धीमा करो"।

और एक अलग परमाणु को अभी भी एक जाल में तय किया जाना चाहिए, जो कई माइक्रोन के फोकस के साथ एक विशेष लेजर बीम से ज्यादा कुछ नहीं है।

और सबसे कठिन बात अभी भी परमाणु को पकड़ना था। आखिरकार, कम से कम समय में एक परमाणु द्वारा बिखरे हुए अवरक्त फोटॉनों के पंजीकरण की जांच करना आवश्यक है। और प्रयोगात्मक परिस्थितियों के अनुसार, परमाणुओं का निर्धारण कम से कम संभव समय में होना चाहिए। केवल इस मामले में उन्हें क्वैब के रूप में उपयोग करना संभव होगा।

पश्चिमी सहकर्मी उच्च-प्रदर्शन EMCCD कैमरों का उपयोग करते हैं - इलेक्ट्रॉन गुणक कैमरों - निर्धारण के लिए। लेकिन 2015 के बाद से उन्हें रूस में आपूर्ति नहीं की गई है, और उनकी कीमत लगभग 5 मिलियन रूबल है।

हमारे विशेषज्ञों ने पिछली पीढ़ी के sCMOS - कैमरों के बहुत सस्ते एनालॉग का उपयोग किया और आश्चर्यजनक परिणाम प्राप्त किए, अर्थात्:

यह न्यूनतम संभव जोखिम समय - 50 मिलीसेकंड के साथ परमाणु को ठीक करने के लिए निकला। यह समय उन विदेशी सहयोगियों के काम करने के लिए तुलनीय है जो अल्ट्रा-आधुनिक और महंगे कैमरों का उपयोग करते हैं।

मुख्य समस्या क्या थी, इसे कैसे हल किया गया

अध्ययन के लेखकों में से एक के रूप में, मैं। बेटेरोव, मुख्य समस्या यह थी कि एक एकल परमाणु एक बेहद कमजोर चमक का उत्सर्जन करता है, और इसलिए सभी फोकस वीडियो कैमरा मैट्रिक्स के एक पिक्सेल पर प्रदर्शन किया गया था।

कई प्रयोगों के दौरान, यह पता लगाना संभव था कि यदि आप केवल एक परमाणु को पंजीकृत करने का प्रयास करते हैं, तो यह शोर की पृष्ठभूमि के खिलाफ शायद ही अलग है। इस समस्या को हल करने के लिए, थोड़े समय के लिए द्विगुणित जाल को बंद करने का निर्णय लिया गया (0.000001 सेकेंड तक)।

इतने कम समय में, परमाणु के पास जाल छोड़ने का समय नहीं था।

ऑन-ऑफ चक्र कई हजार बार के क्रम पर दोहराया गया था, जिससे डिपोल लेजर की बंद अवधि के दौरान संकेत जमा हुआ।

यह दुनिया में पहला काम है जब एक लंबे फोकस लेंस और एक sCMOS वीडियो कैमरा के संयुक्त उपयोग को सफलतापूर्वक किया गया था, और परिणाम दुनिया भर के वैज्ञानिकों के लिए दिलचस्पी का होगा।

वैज्ञानिकों ने अपने शोध के परिणामों को पत्रिका के पन्नों पर प्रकाशित किया "क्वांटम इलेक्ट्रॉनिक्स".

नोवोसिबिर्स्क भौतिकविदों ने यह जानने की योजना बनाई है कि बढ़ी हुई सटीकता के साथ एक-qubit संचालन को कैसे नियंत्रित किया जाए और इस प्रकार दो-qubit संचालन सुचारू रूप से हो। इस प्रकार, क्वांटम कंप्यूटर के तार्किक तत्वों की "तैयारी" के लिए आगे बढ़ें।

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