Физики из MIT добились рекордной близости между атомами для квантовых исследований

Технологический прорыв важен для квантовых симуляторов, которые используют для анализа свойств материалов и исследования квантовых эффектов. Исследование опубликовано в журнале Science.

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) разработали революционную технику, которая позволяет размещать атомы в десять раз ближе, чем в существующих атомных ловушках — на расстоянии всего 50 нм друг от друга. Технологический прорыв поможет в исследовании квантовых явлений и создании квантовых компьютеров.

Чем ближе атомы, тем сильнее становятся их взаимодействия, открывая экзотические явления, недоступные в макромире. Эта близость имеет решающее значение для квантовых симуляторов — инструментов, которые ученые используют для исследования новых материалов и состояний материи.

Для захвата и удержания атомов на необходимом расстоянии физики обычно используют ультранизкие температуры и лазеры. Поскольку атомы притягиваются к определенным частотам света, их расположение зависит от точек пиковой интенсивности лазера. Традиционно в таких системах атомы удерживали на расстоянии не менее 500 нм друг от друга — ограничение, связанное с длиной волны света, используемого для манипуляций.

Физики из MIT доработали традиционный подход. Они охладили облако атомов диспрозия почти до абсолютного нуля. Затем ученые использовали два лазера, каждый из которых имел разные частоты (цвета) и круговую поляризацию (направление электрического поля). Под воздействием излучения атомы выравнивают спины в противоположных направлениях, отражая поляризацию лазеров. По сути, это создает две группы одинаковых атомов, различающихся ориентацией спина.

Каждый лазер формирует стоячую волну — рисунок переменной напряженности электрического поля с интервалом 500 нм. Из-за разной поляризации эти волны притягивают и объединяют определенные группы атомов. Тщательно перекрывая и регулируя лазеры, исследователи достигли расстояния всего в 50 нм между пиковыми интенсивностями, удерживая атомы рекордно близко.

Лазеры двух цветов, которые используют физики для управления атомами. Фото: авторы исследования, MIT

Рекордная близость значительно усилила естественные магнитные взаимодействия между атомами диспрозия, сделав их в тысячу раз сильнее, чем при длине волны 500 нм. Ученые наблюдали два захватывающих квантовых явления: коллективные колебания, когда вибрации в одном слое вызывают синхронизированные вибрации в другом, и термализация, когда передача тепла между слоями происходит исключительно за счет флуктуирующих магнитных полей.


Читать далее:

Ученые преодолели одно из ключевых препятствий для термоядерной энергетики

Посмотрите на сотни черных «пауков», которые заполонили Марс весной

Новый препарат может обратить диабет вспять

На обложке: иллюстрация управления атомами. Фото: авторы исследования, MIT

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Кофе может снизить риск смертности, но только в одном случае
Наука
Этот ядерный двигатель поможет быстрее долететь до Марса: как он работает
Космос
Запуск Falcon 9 завершился успехом: что было на борту миссии
Космос
Прототип Boom Supersonic XB-1 приблизился к звуковому барьеру
Новости
Ученые заглянули внутрь нейтронных звезд, используя квантовую физику
Космос
Квантовые симуляторы: объяснение от ученого
Мнения
Источник в СМИ назвал возможную причину сбоя рунета
Новости
Мошенники начали выдавать себя за начальников в рабочих чатах: как это работает
Новости
Холодные атомы этого металла могут создавать новые состояния материи
Наука
Древние артефакты в Украине раскрыли тайны навигации викингов
Наука
Послушайте, как звучат вспышки на Солнце: данные собрал Solar Orbiter  
Космос
Тяжелый беспилотник на водородных топливных ячейках впервые испытали в Китае
Новости
Ученые создали катализатор, который нарушает законы физики
Наука
Физики обнаружили необычные магнитные свойства в трехслойном графене
Наука
Биоинженеры создали ДНК-робота, который может менять форму искусственной клетки
Наука
«Горы» на нейтронных звездах могут вызывать рябь в пространстве-времени
Космос
На телах древних мумий из Перу нашли сложные узоры татуировок
Наука
У черной дыры прячется белый карлик, движущийся с половиной скорости света
Космос
Стартап из России разрабатывает нанопротез для восстановления поврежденных нервов
Наука
Генетики разгадали секреты выживания устойчивой к антибиотикам бактерии
Наука