Пойманные в ловушку ридберговские атомы могут послужить элементами схем квантовых компьютеров.
Попался? Работай!
Схематическое изображение оптической решетки как чередования минимумов и максимумов интенсивности, возникающее в результате интерференции лазерных лучей.

Физики из Мичиганского университета разработали и испытали усовершенствованную ловушку для ридберговских атомов. Один из электронов внешней оболочки ридберговских атомов находится в высоковозбужденном состоянии, атом почти ионизирован и может в тысячи раз превосходить по размерам своих собратьев, находящихся в основном состоянии.

В результате силы взаимодействия между ридберговскими атомами могут быть примерно в миллион раз больше, чем между обычными. Именно поэтому они могут послужить элементами более быстрых квантовых схем.

Группа Георга Райтела (Georg Raithel), профессора Физического факультета Мичиганского университета, удерживала ридберговские атомы в структуре, называемой «оптической решеткой», которая возникает в результате интерференции лазерных лучей.

«Оптическая решетка — наилучший вариант ловушки для ридберговских атомов, если речь идет о квантовых вычислительных процессах или высокоточной спектроскопии», — говорит Райтел. «По сравнению с другими типами ловушек, оптические решетки минимизируют сдвиги энергетических уровней в атомах, что немаловажно для применения в указанных областях».

В своем исследовании ученые использовали атомы рубидия, изначально находившиеся в основном состоянии. При комнатной температуре эти атомы двигались с околозвуковой скоростью, пока их не подвергли воздействию охлаждающих лазеров, замедливших их до 10 сантиметров в секунду.

Одновременное воздействие охлаждающих лазеров и магнитного поля позволило захватить в ловушку атомы, находившиеся в основном состоянии, которые позже были возбуждены до ридберговского состояния.

В атоме рубидия на внешнем энергетическом уровне находится всего один электрон. Используя лазеры с точно подобранными параметрами, исследователи заставили этот электрон перейти в возбужденное состояние и стократно увеличить расстояние до ядра атома, что позволило классифицировать этот атом как ридберговский.

Валентный электрон в этом случае стал вести себя почти что как свободный. Обычные электроны, находящиеся близко к ядру, практически «не обращают внимания» на внешние электромагнитные поля — слишком сильно влияние ядра. Но в случае ридберговского атома валентный электрон, взаимодействуя с оптической решеткой, оказался «захваченным в плен». При этом сила электромагнитного взаимодействия между ядром и этим электроном вынудила весь атом оставаться в ловушке.

Для изучения взаимодействия ридберговских атомов с оптической решеткой физики использовали метод микроволновой спектроскопии. Исследователи считают, что, отслеживая поведение атомов в ходе эксперимента, они смогут оптимизировать работу ловушки.

По пресс-релизу University of Michigan