🔬 Массивы нейтральных атомов в оптических ловушках стали одним из самых перспективных инструментов для масштабирования квантовых компьютеров и симуляторов! 💫 Учёные охлаждают атомы до нескольких микрокельвинов и удерживают их с помощью сверхсфокусированных лазерных лучей. Уже созданы 2D-массивы из тысяч атомов, работающие в условиях ультравысокого вакуума 🌌. Но даже там тепловое излучение стен камеры может нарушить их состояние.
Команда из Университета Колорадо и Национального института стандартов (США) представила революционную установку❄️: криогенную среду с температурой 45 К, которая защищает атомы от тепловых фотонов и снижает давление в камере до рекордных значений [2]. Это прорыв! 🚀
🔄 Для квантовых взаимодействий атомы переводят в Ридберговские состояния — когда внешний электрон удалён от ядра на огромные расстояния ⚛️. Такие атомы взаимодействуют через дипольные силы, что позволяет создавать запутанные состояния. Но есть проблема: Ридберговские состояния нестабильны из-за излучения или поглощения тепловых фотонов 🔥. Это сокращает их время жизни и снижает точность квантовых операций.
🌡️ При комнатной температуре тепловые фотоны (с длиной волны до микроволнового диапазона) легко нарушают Ридберговские состояния. Особенно уязвимы «круговые» Ридберговские атомы — они крайне чувствительны к внешнему излучению, несмотря на долгий естественный срок жизни ⚠️.
✅ Решение команды из Боулдера — криогенная камера с уникальным дизайном. Их система охлаждается до 4 К с помощью крионасоса (холодные поверхности «ловят» частицы газа, снижая давление ❄️). Время жизни атомов в ловушках достигло 3000 секунд — в 10 раз больше, чем в обычных экспериментах! Это позволяет создавать бездефектные массивы из почти 1000 атомов 🔥.
⚡ Дополнительные успехи:
- Когерентность гиперфинных кубитов — до 1 мс (ограничено шумом магнитного поля).
- Переходы в Ридберговские состояния с помощью двухфотонного возбуждения: время когерентности — 5.4 мкс, что в криогенных условиях может увеличиться до 306 мкс!
🔮 Чем это грозит? Если использовать сверхстабильные «круговые» Ридберговские атомы (недавно успешно возбуждённые при комнатной температуре [7,8]), точность квантовых операций может вырасти на порядки. Это настоящий сдвиг парадигмы в квантовых технологиях! 💥
P.S. Криогенные установки + Ридберговские состояния = будущее квантовых симуляторов? Время покажет ⏳✨.