Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) разработали революционную технику, которая позволяет размещать атомы в десять раз ближе, чем в существующих атомных ловушках — на расстоянии всего 50 нм друг от друга. Технологический прорыв поможет в исследовании квантовых явлений и создании квантовых компьютеров.
Чем ближе атомы, тем сильнее становятся их взаимодействия, открывая экзотические явления, недоступные в макромире. Эта близость имеет решающее значение для квантовых симуляторов — инструментов, которые ученые используют для исследования новых материалов и состояний материи.
Для захвата и удержания атомов на необходимом расстоянии физики обычно используют ультранизкие температуры и лазеры. Поскольку атомы притягиваются к определенным частотам света, их расположение зависит от точек пиковой интенсивности лазера. Традиционно в таких системах атомы удерживали на расстоянии не менее 500 нм друг от друга — ограничение, связанное с длиной волны света, используемого для манипуляций.
Физики из MIT доработали традиционный подход. Они охладили облако атомов диспрозия почти до абсолютного нуля. Затем ученые использовали два лазера, каждый из которых имел разные частоты (цвета) и круговую поляризацию (направление электрического поля). Под воздействием излучения атомы выравнивают спины в противоположных направлениях, отражая поляризацию лазеров. По сути, это создает две группы одинаковых атомов, различающихся ориентацией спина.
Каждый лазер формирует стоячую волну — рисунок переменной напряженности электрического поля с интервалом 500 нм. Из-за разной поляризации эти волны притягивают и объединяют определенные группы атомов. Тщательно перекрывая и регулируя лазеры, исследователи достигли расстояния всего в 50 нм между пиковыми интенсивностями, удерживая атомы рекордно близко.
Рекордная близость значительно усилила естественные магнитные взаимодействия между атомами диспрозия, сделав их в тысячу раз сильнее, чем при длине волны 500 нм. Ученые наблюдали два захватывающих квантовых явления: коллективные колебания, когда вибрации в одном слое вызывают синхронизированные вибрации в другом, и термализация, когда передача тепла между слоями происходит исключительно за счет флуктуирующих магнитных полей.
