Найден способ улучшить чувствительность и точность квантового сенсора
Физики из Института спектроскопии РАН и НИУ ВШЭ смогли удержать атомы рубидия-87 в ловушке более четырех секунд. Использование их метода удержания повысит точность квантовых сенсоров, в работе которых важны как количество, так и время удержания атомов. Такие квантовые системы используют для исследований темной материи, улучшения навигационных систем и поиска полезных ископаемых.
Результаты исследования опубликованы в «Письмах в Журнал экспериментальной и теоретической физики». Квантовые сенсоры — устройства, которые используют эффекты квантовой механики для изучения материи. С их помощью стало возможно улавливать мельчайшие изменения в гравитационных и магнитных полях, а также с высокой точностью измерять ускорение и вращение Земли. Это направление современной прикладной физики способно изменить представления о точности измерений физических величин.
Атомы нельзя просто поместить в сенсор и успокоиться, они не останутся там и на минуту из-за теплового движения. Чтобы удерживать атомы в определенной области, ученые замедляют их, охлаждая разными способами в несколько этапов. Первый из них — охлаждение и захват атомов в магнито-оптические ловушки (МОЛ). Такие ловушки создают с помощью лазерных и магнитных полей. Для создания распределений магнитных полей в компактных устройствах понадобится атомный чип.
«Каждый из этапов охлаждения уменьшает количество атомов в рабочем объеме сенсора, а это снижает точность прибора. Поэтому нам важно собрать как можно больше атомов на этапе подготовки первичного ансамбля, чтобы точность квантового сенсора осталась высокой после всех стадий охлаждения», — объясняет ключевую проблему создания квантовых сенсоров на основе холодных атомов Дарья Быкова, преподаватель факультета физики, аспирантка НИУ ВШЭ.
Первичное охлаждение до температуры порядка сотни микрокельвинов значительно замедляет тепловое движение атомов, что помогает удерживать их в выбранной области пространства. Снижение температуры обеспечивают лазерным излучением: воздействие луча лазера заставляет атомы терять кинетическую энергию и двигаться медленнее. Вместе лазерное излучение и магнитное поле удерживают атомы на месте достаточно долго для проведения экспериментов, то есть формируют ловушку, из которой атомам непросто выбраться. На следующей стадии, уже без лазерного поля, атомы охлаждают до температуры около сотни нанокельвинов, то есть еще в тысячу раз.
«Можно сказать, что мы “толкаем” атомы лазерным излучением к центру ловушки. Они оказываются в ней заперты магнитным полем и постоянным давлением света», — комментирует Дарья Быкова.
Одна из эффективных технологий, которая дает исследователям возможность уменьшать размеры квантовых сенсоров и улучшать их энергоэффективность, — атомный чип. Он формирует вблизи своей поверхности магнитное поле, необходимое для создания ловушек, и позволяет охлаждать и локализовывать ансамбли атомов вблизи своей поверхности.
В отделе лазерной спектроскопии Института спектроскопии РАН студенты и аспиранты НИУ ВШЭ сформировали ловушки с применением технологии атомного чипа. В этой конфигурации они смогли удержать атомы в нужной области на продолжительное для квантовых технологий время — на четыре секунды.
Исследователи экспериментально показали, что при использовании атомного пучка для загрузки атомов в МОЛ на чипе количество локализованных атомов резко возрастает по сравнению с загрузкой из атомных паров в вакуумной камере. Также они подтвердили, что могут эффективно контролировать загрузку атомной ловушки. Они смогли корректировать расположение пучка атомов с помощью лазерных полей. Такое сочетание технологий значительно увеличило скорость загрузки при сохранении ультравысокого вакуума в области атомного чипа по сравнению с предыдущими экспериментами.
«Мы нашли оптимальные условия загрузки в МОЛ и удержали достаточное для стабильной работы количество атомов в ловушке — 4,9×10⁷. Время жизни ансамбля — 4,1 секунды, этого хватит, чтобы провести следующие стадии более глубокого охлаждения и создать прототип квантового сенсора», — рассказал Антон Афанасьев, доцент базовой кафедры квантовой оптики и нанофотоники Института спектроскопии РАН факультета физики НИУ ВШЭ, старший научный сотрудник Института спектроскопии РАН.
Работа поддержана Научным фондом НИУ ВШЭ и выполнена в отделе лазерной спектроскопии Института спектроскопии РАН.
Telegram 
Дзен 
VK Канадские исследователи идентифицировали останки четырех членов пропавшей полярной экспедиции Джона Франклина 1845 года, сравнив их ДНК с генетическим материалом современных потомков. Открытие решило полуторавековую загадку с переодетым матросом и помогло восстановить маршрут отступления экипажа по льдам. Выяснилось, что при эвакуации моряки разделились по кораблям, после чего бросили ослабевших товарищей в спасательных шлюпках.
Во времена Екатерины II один из немецких колонистов в России мутировал, из-за чего все его потомки получали раннюю болезнь Альцгеймера. Теперь среди них появился первый, кого она не тронула, — по мнению ученых, благодаря жаре, которой он должен был подвергаться на работе.
Формирование и эволюция звездных систем кажутся понятными и предсказуемыми, а их строение строго подчиняется законам физики. Строение «крылатых» радиогалактик выбивается из общих правил. Их необычная форма не имеет однозначного объяснения и остается предметом споров для астрофизиков.
Канадские исследователи идентифицировали останки четырех членов пропавшей полярной экспедиции Джона Франклина 1845 года, сравнив их ДНК с генетическим материалом современных потомков. Открытие решило полуторавековую загадку с переодетым матросом и помогло восстановить маршрут отступления экипажа по льдам. Выяснилось, что при эвакуации моряки разделились по кораблям, после чего бросили ослабевших товарищей в спасательных шлюпках.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно