Технологии, основанные на использовании законов причудливого квантового мира, уже достаточно давно используются в областях высокоточного хронометрирования, космической навигации, геолокации и т.п. Однако, с точки зрения практичности использования, эти технологии еще очень и очень далеки от идеального варианта. И не так давно исследователи разработали новый высокопроизводительный, компактный и малопотребляющий генератор охлажденных атомов, который имеет все шансы стать ключевым компонентом множества новых квантовых технологий и портативных квантовых устройств.
Хотя это кажется несколько парадоксальным, свет лазера может быть использован для охлаждения атомов и других частиц до чрезвычайно низких температур. Этот свет воздействует на атомы, в результате чего возникают крошечные силы, постепенно замедляющие тепловое движение частиц. Такой метод идеально подходит для создания генератора холодных атомов, которые могут выступать в роли квантовых битов, кубитов, они могут являться источником опорного сигнала для высокоточного измерений времени, чувствительными элементами датчиков, выполняющих измерения, связанные с инерционной навигацией, гравитационными волнами, темной материей и т.п.
Процедура лазерного охлаждения обычно требует использования множества высококачественных зеркал, расположенных строго в установленных местах под определенными углами, которые позволяют направить лучи света на охлаждаемые в вакууме атомы. В данном случае исследователям удалось обойтись только четырьмя зеркалами, устроенными в виде перевернутой пирамиды, словно лепестки цветка. В нижней части этой пирамиды есть отверстие, через которые атомы покидают зону охлаждения и попадают в рабочее пространство, где они используются по назначению. Размер выходного отверстия может изменяться, что приводит к изменению количества атомов за единицу времени, покидающих охлаждающее устройство.
Особое взаимное расположение четырех зеркал позволяет отразить свет от единственного лазера, подаваемый с определенной точки под определенным углом, что значительно упрощает конструкцию всей оптической системы в целом. Эти зеркала изготовлены из полированного металла, на поверхность которого нанесено специальное диэлектрическое покрытие.
Для тестирования нового генератора холодных атомов ученым пришлось даже создать дополнительное устройство, которое способно измерить количественные и качественные показатели потока атомов, выходящего из устройства.
«На выходе генератора мы зарегистрировали стабильный поток атомов рубидия» — пишут исследователи, — «Все параметры этих атомов являются практически идентичными, а их большое количество позволяет значительно увеличить точность проводимых при их помощи измерений. Также за счет большого количества задействованных в измерениях атомов значительно увеличивается значение соотношения сигнал/шум и расширяется динамический диапазон».
Новый источник холодных атомов, за счет простоты его конструкции, уже прямо сейчас практически готов к началу его применения. А простота процесса сборки, которая проводится всего за несколько этапов, позволит наладить в случае необходимости производство таких устройств в любых количествах.
Источник:
