С помощью невесомых фотонов научились удерживать вполне весомые атомы

Ловушка с атомом рубидия (справа), который удерживается лазерными лучами.

Лазер изменил развитие физики и других наук. Благодаря его появлению стали возможны системы глобального позиционирования, современная гравиметрия и сверхчувствительные сенсоры. Вслед за «примитивными» атомными часами, которые еще называют квантовыми, появились часы чуть ли не с одним атомом, охлаждаемым направленным на него лазерным лучом.

В фотоэффекте, описанном Альбертом Эйнштейном, энергия света возбуждает электрон, выбивая его из металлической фольги, в результате генерируется электроток. То же происходит при фотосинтезе, начинающемся с того, что испущенный атомом марганца электрон тратит свою энергию возбуждения на фотолиз воды, то есть на ее расщепление.

И все же многие убеждены, что квантовая физика работает только при сверхнизких температурах, которые охлаждают кубиты. Но сказано: атомы можно охлаждать и с помощью лазеров. Это и осуществили в одной из лабораторий Альбукерка (США). В журнале Science Advances авторы этой работы отмечают, что лазер представляет собой самый важный компонент их интерферометра (LPAI – Laser Pulse Atom Interferometer). С его помощью ученые контролировали частоту и интенсивность лучей, удерживающих атом в световой ловушке. В ней, в частности, удерживался довольно большой атом рубидия (Rb). Физики уменьшили в два раза длину волны красного света, используемого в оптических кабелях (с 1560 до 780 нанометров). Дело в том, что фотоны с меньшей длиной волны имеют большую энергию.

Холодильник кубитов для квантового компьютера.  Иллюстрации Physorg

Известно также, что если давить (sqeeze) пьезокристалл, то он генерирует электричество. Сотрудники цюрихского Политеха, в котором учился в свое время и Эйнштейн, с помощью квантового «сквиза» получили работоспособный механический осциллятор. То есть контур, колеблющийся с гигагерцевой частотой. Ученые полагают, что такого рода контуры, которые они назвали неклассическими состояниями, вполне могут стать компонентами «механических» квантовых компьютеров. Причем, естественно, такие компьютеры функционируют при комнатной температуре.

Академик Жорес Алферов получил в 2000 году Нобелевскую премию по физике «за разработку полупроводниковых гетероструктур и создание быстрых опто- и микроэлектронных компонентов». В лозаннском Политехе считают, что такие структуры можно получать, используя силы вандервальсова сцепления, то есть без образования химических связей между атомами. (Кстати, голландцу Яну Ван-дер-Вальсу за их открытие в 1910 году также присудили Нобелевскую премию.)

Лозаннцы использовали в полученной ими гетероструктуре с селенидом индия (InSe) так называемый поперечный термоэлектрический ток, который пока был известен только при низких температурах. Но швейцарские физики применили графен и InSe, используемый в полевых транзисторах. А поведение транзистора управляется все тем же электрическим током. Благодаря этому в Лозанне получили гетероструктуру, режим функционирования которой можно настраивать и изменять подачей напряжения.

Этот метод управления сходен с обычным транзистором, а также, как это ни удивительно, с нейроном. Ведь именно в нейронах сходятся сигналы ионных токов, которые могут или успокаивать нервную клетку, или генерировать нервный импульс-сигнал.