Исследователи предложили экспериментальную схему, которая позволяет управлять спинами отдельных атомов в оптической решётке

Оптическая решётка образуется в результате интерференции лазерных лучей, которые создают потенциальные ямы, расположенные в виде упорядоченного массива. При внесении в такую решётку охлаждённых нейтральных атомов они занимают места в минимумах потенциала. Если глубина ямы не слишком велика, частицы могут перемещаться (за счёт туннельного эффекта) в соседние ячейки решётки; при увеличении глубины они надёжно удерживаются на своих местах.

Вероятно, зафиксированные в решётке атомы можно будет использовать в качестве кубитов квантового компьютера. Если эти проекты реализуются, физикам понадобится методика адресации отдельных ячеек массива, и именно её разработали авторы.

В опыте оптическая решётка с периодом в 532 нм была создана с помощью двух пар встречных лазерных пучков. В неё были загружены ультрахолодные атомы рубидия-87, изначально находившиеся в спиновом состоянии «0». На отдельные частицы направлялось лазерное излучение на длине волны в 787,55 нм, которое несколько изменяло разность энергий двух спиновых состояний. Затем вся решётка облучалась микроволнами, переводившими в состояние «1» только атом с модифицированной разностью энергий.

Повторяя эту процедуру, можно задать любое распределение частиц в решётке. Чтобы оценить результаты, учёные с помощью лазера удаляли из ячеек все атомы, находящиеся в каком-то одном спиновом состоянии, и наблюдали в микроскоп оставшиеся частицы.

Результаты эксперимента свидетельствуют о том, что адресация работает примерно в 95 процентах случаев.

Полная версия отчёта опубликована в журнале Nature; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам Института квантовой оптики им. Макса Планка.