Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре перенесли сложные квантовые эксперименты с громоздких лабораторных установок на миниатюрный чип. Фотонно-интегрированный модуль PICMOT способен ловить и охлаждать атомы, открывая путь к портативным квантовым технологиям.
Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) создали компактную квантовую систему на чипе. В эксперименте физики использовали лазеры и оптоволоконные системы для охлаждения атомов до температуры 250 мкК, что практически останавливает их движение и позволяет наблюдать квантовые эффекты.
До сих пор подобные эксперименты требовали больших лабораторных установок с вакуумными камерами, сложными оптическими системами и магнитными ловушками. Однако ученые под руководством профессора Дэниела Блюменталя заменили массивное оборудование миниатюрной платформой PICMOT (фотонно-интегрированная магнитооптическая ловушка).
Схема PICMOT. Изображение: Daniel J. Blumenthal et al., Optica Quantum, A. Isichenko et al. Nat Commun 14, 3080 (2023)
Устройство использует интегрированные лазеры, модуляторы и решетчатые излучатели на основе нитрида кремния для захвата атомов. «Ранее миниатюризация ограничивалась уменьшением зеркал и решеток, но это все равно не позволяло интегрировать функции на одном чипе», — объясняет аспирант UCSB Андрей Исиченко, участвовавший в проекте.
В эксперименте исследователи направили лазерный луч через оптоволоконный кабель, тоньше человеческого волоса. Свет рассеивался тремя решетчатыми излучателями, формируя пересекающиеся лучи, которые смогли захватить около миллиона атомов. При дальнейшем увеличении размеров лучей система сможет удерживать еще больше атомов, повышая точность измерений.
Такие технологии могут найти применение в высокоточных измерениях, например, для мониторинга ледников, вулканической активности и изменения уровня моря. Кроме того, компактные квантовые устройства могут использоваться для улучшения хронометража, навигации и космических исследований.
