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.

«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.

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.

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.

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.