28 января 2025 года исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) представили новый подход к изучению взаимодействия между атомами и светом, открытие, которое может улучшить развитие стабильных квантовых систем. Это достижение имеет значительные последствия для квантовых технологий, включая быстрые вычисления и безопасную связь.
Взаимодействие между атомами и светом является основополагающим для поведения физического мира, но остается сложным для понимания и контроля. Недавнее исследование было посвящено изучению этих взаимодействий в многоуровневых атомных системах, что потенциально может привести к созданию стабильных квантовых состояний.
Традиционно ученые упрощают модели, рассматривая атомы как системы с двумя уровнями: основным и возбужденным. Однако реальные атомы могут иметь несколько уровней энергии, что усложняет динамику системы. Исследовательская группа, возглавляемая Аной Марией Рей из Университета Колорадо в Боулдере и Джеймсом Томпсоном из NIST, изучила взаимодействия атома и света в системах с четырьмя уровнями энергии.
Используя атомы стронция, размещенные в одномерных и двумерных кристаллических решетках, исследователи сосредоточились на метастабильных уровнях энергии, где атомы могут находиться длительное время, что позволяет сохранять запутанные состояния даже после выключения лазера. Джеймс Томпсон отметил: "Мы планируем создать в нашей лаборатории условия для перехода атомов в возбужденное состояние, которое будет существовать очень долго, обеспечивая сильное и программируемое взаимодействие между атомами. Для этого будет использоваться переход с длиной волны 2,9 микрона, что значительно больше, чем расстояние между атомами в оптической решетке."
Команда также разработала модель для описания динамики системы. Будущие исследования направлены на изучение более сложных многоуровневых систем, таких как атомы стронция, имеющие до десяти основных и возбужденных уровней. Эти исследования могут проложить путь к программируемым квантовым системам и распределению запутанности.
Как отметила соавтор Сана Агарвал, "Мы приближаемся к системам, которые могут устойчиво поддерживать запутанность, что является важным шагом для будущих квантовых технологий."