Ученые из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре создают технологию, которая позволяет проводить квантовые эксперименты на компактных чипах вместо громоздкого лабораторного оборудования.
Результаты были опубликованы в Optica Quantum.
Новая система позволяет проводить исследования с холодными атомами в условиях, приближенных к реальным, открывая перспективы для точного хронометража, навигации, квантовых вычислений и фундаментальных измерений.
Холодные атомы — это атомы, охлажденные до крайне низких температур (ниже 1 микрокельвина или -273 °C), когда их движение практически замедляется до минимума, и квантовые эффекты становятся заметными. Традиционно такие эксперименты проводятся с использованием лазеров и оптики свободного пространства, однако задача состоит в том, чтобы перенести эти функции на чип. Для этого разработана интегрированная фотонная 3D-магнитооптическая ловушка, или 3D-MOT, известная как «Picmot».
«Picmot» использует компоненты на основе нитрида кремния, которые генерируют, направляют и манипулируют лучами света для охлаждения и удержания атомов.
Особый интерес представляет вакуумная камера, где улавливаются и охлаждаются атомы. Исследователи направили свет из оптического волокна (тоньше человеческого волоса) через специальные каналы к трем решетчатым излучателям. Эти излучатели создают три узких луча в пространстве шириной 3,5 мм. Каждый луч многократно отражается, образуя в итоге шесть пересекающихся лучей. Они захватывают примерно миллион атомов из пара внутри камеры и, вместе с магнитными полями, охлаждают их до температуры всего 250 мкК.
По словам профессора Даниэля Блюменталя, чем больше лучей используется, тем больше атомов можно уловить, что делает измерения более точными.
«Мы впервые создали холодные атомы с интегрированной фотоникой», — добавил профессор Даниэль Блюменталь.
Благодаря интеграции фотоники на чипе система становится компактной, долговечной и пригодной для использования вне лабораторных условий, что ранее было невозможным. Это достижение открывает путь для создания портативных квантовых датчиков и устройств, способных проводить сложные измерения в реальном времени.
«С фотоникой мы можем создавать лазеры, модуляторы и источники света прямо на чипе», — отметил один из исследователей, аспирант Андрей Исиченко.
Это может значительно расширить возможности исследований в квантовой физике, метрологии и вычислительной технике, сделав их более доступными для практического применения.