Ученые из Института спектроскопии РАН и НИУ ВШЭ добились значительного успеха в удержании атомов рубидия-87 в специальной ловушке. Им удалось удерживать атомы более четырех секунд, что является существенным достижением для квантовых технологий. Данный метод позволит повысить точность квантовых сенсоров, которые применяются для исследования темной материи, совершенствования навигационных систем и поиска полезных ископаемых.
Квантовые сенсоры основаны на квантовых эффектах и способны определять мельчайшие изменения в гравитационных и магнитных полях. Главной проблемой при создании таких устройств является удержание атомов в заданном пространстве, поскольку из-за теплового движения они быстро покидают рабочую зону. Для решения этой задачи ученые используют многоэтапное охлаждение атомов, начиная с магнито-оптических ловушек (МОЛ), создаваемых с помощью лазерных и магнитных полей.
Исследователи отмечают, что каждый этап охлаждения уменьшает количество атомов в рабочем объеме, снижая точность прибора. Лазерное излучение применяется для замедления атомов, заставляя их терять кинетическую энергию. На первом этапе охлаждения температура снижается до сотни микрокельвинов, а на следующем - до сотни нанокельвинов, что в тысячу раз холоднее.
Важным элементом разработки стал атомный чип, который формирует необходимое магнитное поле для создания ловушек возле своей поверхности. Применение технологии атомного чипа позволило ученым удерживать атомы рубидия-87 в течение 4,1 секунды. При этом использование атомного пучка для загрузки атомов в МОЛ значительно увеличило количество локализованных атомов по сравнению с загрузкой из атомных паров.
Исследователи смогли оптимизировать условия загрузки и удержать в ловушке 4,9×10⁷ атомов, что является достаточным количеством для стабильной работы квантового сенсора. Такое сочетание времени удержания и количества атомов создает основу для разработки высокоточных квантовых устройств, способных совершить прорыв в области измерения физических величин, сообщает Институт спектроскопии РАН.