Розроблено компактний метод отримання надохолоджених атомів для квантових технологій
Багато хто з найбільш точних вимірювальних пристроїв, наприклад, атомні годинники, що працюють за рахунок переходу атомів певних речовин з одного квантового стану в інший. Найбільш висока точність вимірювань виходить за рахунок тривалих часів спостереження за сверхохлажденными атомами, одержуваними в спеціальних громіздких, складних і дорогих установках. Але тепер проблема отримання надохолоджених атомів буде стояти менш гостро завдяки спільній роботі вчених з університету Стратклайда і Глазго, Лондонського Імперського коледжу і Національної фізичної лабораторії, які створили портативну установку, що дозволяє отримувати сверхохлажденные атоми для подальшого їх використання в області квантових обчислень, квантових комунікацій та вимірювальної техніки.
"Чим довше може спостерігатися перехід атомів з одного квантового стану в інший, тим більш точні вимірювання різних фізичних величин можуть бути проведені з їх допомогою" - розповідає доктор Ейдан Арнольд (Dr Aidan Arnold), вчений з фізичної відділу університету Стратклайда, - "Сверхнизкотемпературное охолодження зазвичай досягається за рахунок уповільнення теплового руху атомів з допомогою допплерівського ефекту променів і лазерного світла. Нам вдалося створити дійсно малогабаритне охолоджуючий пристрій, що працює на вищезгаданих принципах".
Розроблене вченими пристрій являє собою складний напівпровідниковий кристал, на поверхні якого створені елементи атомної пастки і оптичні елементи, які дозволяють розщепити промені лазерного світла для того, щоб створити ефект дифракційного тертя, за рахунок якого і здійснюється охолодження атомів. Розроблений пристрій набагато компактніше, ніж інші подібні пристрої, але, тим не менше, воно може захоплювати, утримувати в пастці і охолоджувати атоми не менш ефективно, ніж більш великі і складні подібні пристрої. А малі габарити нового охолоджувального пристрою дозволять без особливих праць застосовувати його у складі портативних пристроїв, що використовують у своїй роботі ефекти квантової механіки.
Головною особливістю розробленої технології є не напівпровідниковий кристал, він був виготовлений з використанням досить звичайних промислових технологій виготовлення напівпровідників. Вся "родзинка" цього винаходу є в розробці нового принципу сверхнизкотемпературного охолодження, заснованого на дифракционном терті розщеплених лазерних променів, які одночасно служать для захоплення й утримання атомів в пастці.
Використовуючи новий пристрій охолодження атомів можна буде створити портативні атомні годинники, високоточні магнітометри, акселерометри і масу інших датчиків, які можуть використовуватися для навігації на Землі і в космосі, телекомунікаціях, у медичному обладнанні і в безлічі інших галузей, які потребують високоточних вимірах. "Мініатюризація джерела надохолоджених атомів може зробити небувалу революцію в галузі метрології і високоточних вимірювань" - розповідає Доктор Аластер Сінклер (Dr Alastair Sinclair), провідний науковець з Національної фізичної лабораторії, - "Виготовлення нового пристрою є хорошим прикладом того, чого може досягти команда кваліфікованих вчених-фізиків та інженерів, які розробляють ультрасучасні технології".