Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис.1. (a) Трехмерная оптическая решетка создается тремя парами лазерных пучков; угол между пучками в каждой паре q = 10о.

(b) Закрашенные кружки – атомы в узлах кубической кристаллической решетки; пустые кружки – узлы, не занятые атомами (вакансии).

(c) Потенциальный рельеф вдоль одной из осей оптической решетки. Атомы находятся вблизи минимумов потенциала. Высота энергетических барьеров изменяется вдоль решетки из-за сужения лазерного пучка и максимальна в центре решетки.
Рис.2. Скорость термоактивированных перескоков атомов между соседними узлами оптической решетки как функция высоты разделяющего их энергетического барьера (деленной на постоянную Больцмана) при T = 10 мкК.

ПЕРСТ: "Визуализация атомов в трехмерной оптической решетке"

Ключевые слова:  квантовый компьютер, кубиты, периодика

Опубликовал(а):  Гудилин Евгений Алексеевич

05 октября 2007

Внутренние состояния нейтральных атомов, находящихся в узлах оптической решетки при температуре ~ 10 мкК, предполагается использовать в качестве логических состояний квантовых битов (кубитов) для проведения квантовых вычислений. Межатомные взаимодействия, приводящие к перепутыванию состояний различных кубитов, могут изменяться в широких пределах [1], а взаимодействие атомов с внешним окружением настолько слабое, что время сохранения когерентности достигает ~ 1с. Ранее сообщалось о создании одномерных и двумерных оптических решеток, в каждом узле которых находится сразу несколько атомов [2,3], а также небольших (£ 7 атомов) систем с однократным заполнением узлов [4,5]. Чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами квантового компьютера перед классическим, число кубитов нужно довести хотя бы до ~ 100 и расположить их как можно более компактно, чтобы облегчить межкубитные взаимодействия. Для этого очень пригодились бы трехмерные оптические решетки с контролируемым заполнением узлов атомами.

В работе [6] американские физики из Pennsylvania State University изготовили кубическую оптическую решетку, около половины узлов которой занята одиночными атомами цезия, охлажденными до T» 10 мкК, а другие узлы вакантны (рис.1). Период решетки 4.9 нм. Высота U0 энергетических барьеров, разделяющих соседние минимумы потенциала решетки, регулируется путем изменения мощности W лазерных пучков, формирующих решетку. В центре решетки она составляет U0/kB = 165 мкК при W = 60 мВт. Послойная (в каждой отдельно взятой кристаллической плоскости) визуализация атомов проводилась путем анализа рассеяния охлаждающего лазерного излучения с использованием CCD (charge-coupled device). Было установлено, что атомы, расположенные в центральной части решетки (всего около 250 атомов), не изменяют своих позиций за время наблюдения. Вместе с тем, атомы на периферии решетки (где величина U0 меньше (рис.1b)) перескакивают с узла на узел за счет термической активации (вероятность квантового подбарьерного туннелирования атомов при заданных параметрах потенциала решетки пренебрежимо мала). Зависимость скорости перескока G от U0 авторы [6] определяли путем понижения U0 в одном кристаллическом направлении (за счет уменьшения мощности соответствующей пары лазерных пучков) и непосредственного подсчета числа перескоков за 1 мин. Как и ожидалось, величина G экспоненциально уменьшается с ростом U0 (рис.2). Экстраполяция к U0/kB = 165 мкК дает G » 5×10-6 с-1, что соответствует макроскопическому (несколько суток) времени пребывания атомов в узлах решетки.

Существенно, что использованная в [6] методика визуализации является "неразрушающей": заполнение узлов атомами не меняется после "взгляда" на решетку. Достоверность определения того, занят данный узел или свободен, очень велика: вероятность ошибки составляет 3×10-4, и ее можно уменьшить до 10-7 путем получения повторного изображения. Оценка времени декогерентизации дает ~ 0.3 c. Это время можно увеличить до ~ 100 с, если охладить атомы до еще более низких температур (притом, что время одной квантовой операции ~ 10-5 с). Большие межатомные расстояния существенно облегчают индивидуальную адресацию кубитов и "чтение" результата квантового вычисления. Трехмерная геометрия способствует созданию сложных запутанных состояний нескольких кубитов, в том числе так называемых кластерных состояний. В дальнейшем авторы [6] планируют отладить процедуру заполнения всех вакантных узлов решетки, чтобы сделать систему атомов-кубитов еще более компактной.

  1. O.Mandel et al., Nature 425, 937 (2003).

  2. D.Boiron et al., Phys. Rev. A 57, R4106 (1998).

  3. R.Scheunemann et al., Phys. Rev. A 62, 051801 (2000).

  4. S.Bergamini et al., J. Opt. Soc. Am. B 21, 1889 (2004).

  5. Y.Miroshnichenko et al., Nature 442, 151 (2006).

  6. K.D.Nelson et al., Nature Phys. 3, 556 (2007).


Источник: Перст




Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Кремниевый одноэлектронный транзистор
Кремниевый одноэлектронный транзистор

4 февраля объявили лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке»
4 февраля в здании Минобрнауки РФ состоялась торжественное награждение лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке». 11 научно-просветительских проектов были отмечены престижной наградой.

Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии
5 февраля в Московском университете в Шуваловском корпусе МГУ состоится Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии, посвященный Международному году Периодической таблицы химических элементов, начало - 10 часов.

Самые необычные таблицы Менделеева на выставке Международного года Периодической таблицы химических элементов

6-8 февраля в Российской академии наук состоялось торжественное открытие Международного года периодической таблицы химических элементов в России и приуроченная к этому масштабная интерактивная выставка

Почувствовать живое...
Е.А.Гудилин, А.А.Семенова, Н.А.Браже
Неразрушающее исследование живых клеток и клеточных структур является в настоящее время важным направлением научных изысканий, которые во многих зарубежных и российских научных группах направлены на достижение вполне прагматической цели – разработку новых принципов биомедицинской диагностики и эффективных подходов в нарождающейся персональной медицине.

Российская газета: Перевернуть пирамиду. Президент РАН: как повысить наши шансы на Нобеля
Юрий Медведев
Почему Россия по числу Нобелей отстает от ведущих стран мира, уступая, например, даже маленькой Швейцарии? Замалчиваются ли достижения отечественных ученых? Почему без привлечения в науку российского бизнеса мы не сможем успешно конкурировать в борьбе за престижную научную премию? Об этом корреспондент "РГ" беседует с президентом РАН Александром Сергеевым, который побывал в Стокгольме на вручении Нобелевских премий и поделился своими впечатлениями.

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.