Сотрудники Национального института стандартов и технологий (США) протестировали схему манипулирования внутренними квантовыми состояниями ионов, которая работает без участия лазерного излучения.
В своих опытах физики задействовали пáры ионов магния 25Mg+, находящиеся в ловушке. Для контроля квантовых состояний захваченных атомов обычно используют излучение дорогих и громоздких УФ-лазеров, но в начале XXI века исследователи из Гамбургского университета Кристоф Вундерлих (Christof Wunderlich) и Флориан Минтерт (Florian Mintert) показали, как можно избавиться от лазеров и заменить их более удобными микроволновыми и радиоисточниками. Поскольку атомы «неохотно» взаимодействуют с излучением с большой длиной волны, германские учёные предложили стимулировать их с помощью градиента магнитного поля.
К сожалению, методику признали не слишком удачной, так как необходимость использования состояний, чувствительных к статическому магнитному полю, сделала их восприимчивыми и к окружающему нас магнитному шуму. В 2008 году авторы рассматриваемой работы нашли теоретическое решение проблемы, заменив статическое поле осциллирующим, создаваемым самим микроволновым источником. Такая схема позволяла сделать квантовые состояния более «устойчивыми».
| Ионная ловушка с золотыми электродами (фото Y. Colombe / NIST). |
| Схема расположения электродов в центральной области ловушки (иллюстрация из журнала Nature). |
Сейчас эта модификация методики была реализована в эксперименте с ионной ловушкой, образованной золотыми электродами на изолирующей подложке. На электроды, обозначенные на рисунке выше как RF, подавался осциллирующий потенциал, за счёт чего ионы 25Mg+ удерживались в направлениях x и z на высоте в 30 мкм от поверхности ловушки; ограничение по оси y задавали статические потенциалы на электродах C1, C3, C4 и C6. Искомое осциллирующее магнитное поле создавали СВЧ-токи на электродах MW1, MW2 и MW3.
Окончательно избавиться от лазерного излучения американцы не смогли — маломощные УФ-лазеры необходимы для доплеровского охлаждения ионов и считывания результатов опыта. Всё это, впрочем, не относится к собственно манипулированию квантовыми состояниями, в котором лазеры не участвовали.
Последующие опыты показали, что ловушка с введёнными в её конструкцию электродами для СВЧ-токов подходит и для создания запутанных состояний двух ионов.
Экспериментальная установка. Пара ионов захватывается в ловушку, которая находится в расположенной в центре стеклянной камере, подсвеченной зелёным. Синим выделен луч УФ-лазера, который отвечает за охлаждение ионов и регистрацию их квантового состояния. (Фото Y. Colombe / NIST.)
По материалам: Национального института стандартов и технологий.