Технологии, основанные на использовании законов причудливого квантового мира, уже достаточно давно используются в областях высокоточного хронометрирования, космической навигации, геолокации и т.п. Однако, с точки зрения практичности использования, эти технологии еще очень и очень далеки от идеального варианта. И не так давно исследователи разработали новый высокопроизводительный, компактный и малопотребляющий генератор охлажденных атомов, который имеет все шансы стать ключевым компонентом множества новых квантовых технологий и портативных квантовых устройств.

Хотя это кажется несколько парадоксальным, свет лазера может быть использован для охлаждения атомов и других частиц до чрезвычайно низких температур. Этот свет воздействует на атомы, в результате чего возникают крошечные силы, постепенно замедляющие тепловое движение частиц. Такой метод идеально подходит для создания генератора холодных атомов, которые могут выступать в роли квантовых битов, кубитов, они могут являться источником опорного сигнала для высокоточного измерений времени, чувствительными элементами датчиков, выполняющих измерения, связанные с инерционной навигацией, гравитационными волнами, темной материей и т.п.

Процедура лазерного охлаждения обычно требует использования множества высококачественных зеркал, расположенных строго в установленных местах под определенными углами, которые позволяют направить лучи света на охлаждаемые в вакууме атомы. В данном случае исследователям удалось обойтись только четырьмя зеркалами, устроенными в виде перевернутой пирамиды, словно лепестки цветка. В нижней части этой пирамиды есть отверстие, через которые атомы покидают зону охлаждения и попадают в рабочее пространство, где они используются по назначению. Размер выходного отверстия может изменяться, что приводит к изменению количества атомов за единицу времени, покидающих охлаждающее устройство.

Особое взаимное расположение четырех зеркал позволяет отразить свет от единственного лазера, подаваемый с определенной точки под определенным углом, что значительно упрощает конструкцию всей оптической системы в целом. Эти зеркала изготовлены из полированного металла, на поверхность которого нанесено специальное диэлектрическое покрытие.

Для тестирования нового генератора холодных атомов ученым пришлось даже создать дополнительное устройство, которое способно измерить количественные и качественные показатели потока атомов, выходящего из устройства.

«На выходе генератора мы зарегистрировали стабильный поток атомов рубидия» — пишут исследователи, — «Все параметры этих атомов являются практически идентичными, а их большое количество позволяет значительно увеличить точность проводимых при их помощи измерений. Также за счет большого количества задействованных в измерениях атомов значительно увеличивается значение соотношения сигнал/шум и расширяется динамический диапазон».

Новый источник холодных атомов, за счет простоты его конструкции, уже прямо сейчас практически готов к началу его применения. А простота процесса сборки, которая проводится всего за несколько этапов, позволит наладить в случае необходимости производство таких устройств в любых количествах.

Материалы по теме:

Новый скоростной охладитель позволяет перемещать в квантовый мир достаточно крупные объекты

Ученые и инженеры, работающие с оптомеханическими системами, пытаются использовать в своих целях странные эффекты и явления квантового мира. Для этого они объединяют различные компоненты ...

COBOD BOD 2 — самый быстрый в мире строительный 3D-принтер

За несколько последних лет технологии строительной трехмерной печати перестали быть чем-то диковинным, однако, и широкого применения они еще не получили в силу ряда очевидных ...

Ученые впервые синтезировали и исследовали материалы при давлении свыше терапаскаля

Не так давно, группе ученых из Отдела химии Кельнского университета и университета Байройта удалось значительно раздвинуть границы в области исследований материалов при высокой температуре ...

Найден совершенно новый принцип генерации рентгеновского излучения

Рентгеновские лучи, которые широко используются в медицине, дефектоскопии и многих других областях, обычно получают при помощи специальных вакуумных приборов, называемых рентгеновскими трубками. Внутри этих ...

Ученые нашли способ увеличения мощности лазерных импульсов до уровня, достаточного для исследований новых областей физики

В опубликованной недавно работе международная группа ученых описала новый способ, который позволяет кардинально увеличить мощность, заключенную в импульсах лазерного света. В основе этого способа ...