Співробітники Національного інституту стандартів і технологій (США) протестували схему маніпулювання внутрішніми квантовими станами іонів, яка працює без участі лазерного випромінювання.

У своїх дослідах фізики задіяли пáри іонів магнію 25Mg +, що знаходяться в пастці. Для контролю квантових станів захоплених атомів зазвичай використовують випромінювання дорогих і громіздких УФ-лазерів, але на початку XXI століття дослідники з Гамбурзького університету Крістоф Вундерліх (Christof Wunderlich) і Флоріан Мінтерт (Florian Mintert) показали, як можна позбутися від лазерів і замінити їх більш зручними мікрохвильовими і радіоджерелами. Оскільки атоми «неохоче» взаємодіють з випромінюванням з великою довжиною хвилі, німецькі вчені запропонували стимулювати їх за допомогою градієнта магнітного поля.

На жаль, методику визнали не надто вдалою, оскільки необхідність використання станів, чутливих до статичного магнітного поля, зробила їх сприйнятливими і до навколишнього нас магнітному шуму. У 2008 році автори даної роботи знайшли теоретичне рішення проблеми, замінивши статичне поле осцилюючими, створюваним самим мікрохвильовим джерелом. Така схема дозволяла зробити квантові стани більш «стійкими».

Іонна пастка з золотими електродами (фото Y. Colombe / NIST).

Схема розташування електродів в центральній області пастки (ілюстрація з журналу Nature).

Зараз ця модифікація методики була реалізована в експерименті з іонною пасткою, утвореної золотими електродами на ізолюючої підкладці. На електроди, позначені на малюнку вище як RF, подавався осциллирующий потенціал, за рахунок чого іони 25Mg + утримувалися в напрямках x і z на висоті в 30 мкм від поверхні пастки; обмеження по осі y задавали статичні потенціали на електродах C1, C3, C4 і C6 . Искомое осцилюючі магнітне поле створювали СВЧ-токі на електродах MW1, MW2 і MW3.

Остаточно позбутися лазерного випромінювання американці не змогли – малопотужні УФ-лазери необхідні для доплерівського охолодження іонів і зчитування результатів досвіду. Все це, втім, не відноситься до власне маніпулюванню квантовими станами, в якому лазери не брали участь.

Наступні досліди показали, що пастка з введеними в її конструкцію електродами для СВЧ-струмів підходить і для створення заплутаних станів двох іонів.

Експериментальнаустановка. Пара іонів захоплюється в пастку, яка знаходиться в розташованій в центрі скляній камері, підсвічується зеленим. Синім виділений промінь УФ-лазера, який відповідає за охолодження іонів та реєстрацію їх квантового стану. (Фото Y. Colombe / NIST.)

За матеріалами: Національного інституту стандартів і технологій.

Tweet