МИФИ получил 100 млн рублей на лазерное охлаждение ионов тория
Ученые НИЯУ МИФИ создадут установку для лазерного охлаждения отрицательно заряженных атомов тория-232. Технология может найти применение в квантовых компьютерах, сверхточных часах и высокочувствительных измерительных приборах.
Источник: Новости науки.
МОСКВА, 11 июля /Новости науки/. Ученые НИЯУ МИФИ получили 100 млн рублей на создание установки для лазерного охлаждения отрицательных ионов тория-232. Грант рассчитан на три года и предоставлен в рамках программы «Приоритет-2030», сообщили в университете.
Ультрахолодные отрицательные ионы могут использоваться при разработке квантовых компьютеров, сверхточных часов и высокочувствительных датчиков. Они также позволяют проводить прецизионные эксперименты и искать физические эффекты, которые трудно обнаружить при работе с обычными атомами и ионами.
Проект получил название «Лазерное охлаждение анионов тория-232 в приложении к квантовым вычислениям и прецизионной спектроскопии». Его возглавил заведующий кафедрой «Физико-технические проблемы квантовой метрологии» НИЯУ МИФИ, доктор физико-математических наук Петр Борисюк.
Анионы представляют собой атомы с дополнительным электроном и отрицательным зарядом. Этот электрон связан с атомом сравнительно слабо, поэтому охлаждать такие частицы лазером значительно сложнее, чем нейтральные атомы или положительно заряженные ионы. Необходимые для этого переходы обычно находятся в инфракрасном диапазоне и имеют небольшую спектральную ширину.
Анионы тория считаются одними из наиболее подходящих частиц для подобных экспериментов. Исследования показали, что одно из важных возбужденных состояний отрицательного иона тория существует около 30 микросекунд — втрое меньше, чем предполагали прежние расчеты. Короткое время жизни состояния позволяет быстрее повторять цикл поглощения и испускания фотонов и эффективнее замедлять частицы.
Ученые намерены получать анионы тория-232 методом лазерной абляции, проверять состав пучка при помощи масс-спектрометрии и загружать частицы в ловушку Пауля. Такая установка удерживает заряженные частицы переменным электрическим полем, не позволяя им соприкасаться со стенками камеры.
После этого исследователи уточнят параметры спектральных переходов и попытаются реализовать доплеровское охлаждение анионов лазером с длиной волны около 2428,4 нанометра. При таком методе частицы поглощают фотоны, движущиеся им навстречу, постепенно теряют скорость и охлаждаются.
Изотоп тория-232 удобен для эксперимента отсутствием сверхтонкой структуры, что упрощает схему работы лазеров. Кроме того, для него уже подтвержден подходящий переход и возможен быстрый, практически замкнутый цикл охлаждения, при котором частица многократно возвращается в исходное состояние.
На первом этапе команда закупит и смонтирует оборудование, получит анионы тория и проведет их первичный анализ. Затем ученые планируют удержать облако частиц в ловушке, охладить его и перейти к экспериментам с одиночным анионом или небольшой цепочкой ионов.
В дальнейшем установка может применяться для спектроскопии тяжелых атомов, проверки теоретических расчетов и разработки новых методов квантовой метрологии. Ученые также рассматривают возможность создания кубита на основе энергетических состояний тория-232 и использования этого изотопа в качестве своеобразного «термостата» для охлаждения тория-229.
В проекте примут участие научные сотрудники, инженеры, аспиранты и студенты НИЯУ МИФИ. Разработчики рассчитывают одновременно создать новую экспериментальную платформу и подготовить специалистов в области квантовых технологий и высокоточной метрологии.
Ультрахолодные отрицательные ионы могут использоваться при разработке квантовых компьютеров, сверхточных часов и высокочувствительных датчиков. Они также позволяют проводить прецизионные эксперименты и искать физические эффекты, которые трудно обнаружить при работе с обычными атомами и ионами.
Проект получил название «Лазерное охлаждение анионов тория-232 в приложении к квантовым вычислениям и прецизионной спектроскопии». Его возглавил заведующий кафедрой «Физико-технические проблемы квантовой метрологии» НИЯУ МИФИ, доктор физико-математических наук Петр Борисюк.
Анионы представляют собой атомы с дополнительным электроном и отрицательным зарядом. Этот электрон связан с атомом сравнительно слабо, поэтому охлаждать такие частицы лазером значительно сложнее, чем нейтральные атомы или положительно заряженные ионы. Необходимые для этого переходы обычно находятся в инфракрасном диапазоне и имеют небольшую спектральную ширину.
Анионы тория считаются одними из наиболее подходящих частиц для подобных экспериментов. Исследования показали, что одно из важных возбужденных состояний отрицательного иона тория существует около 30 микросекунд — втрое меньше, чем предполагали прежние расчеты. Короткое время жизни состояния позволяет быстрее повторять цикл поглощения и испускания фотонов и эффективнее замедлять частицы.
Ученые намерены получать анионы тория-232 методом лазерной абляции, проверять состав пучка при помощи масс-спектрометрии и загружать частицы в ловушку Пауля. Такая установка удерживает заряженные частицы переменным электрическим полем, не позволяя им соприкасаться со стенками камеры.
После этого исследователи уточнят параметры спектральных переходов и попытаются реализовать доплеровское охлаждение анионов лазером с длиной волны около 2428,4 нанометра. При таком методе частицы поглощают фотоны, движущиеся им навстречу, постепенно теряют скорость и охлаждаются.
Изотоп тория-232 удобен для эксперимента отсутствием сверхтонкой структуры, что упрощает схему работы лазеров. Кроме того, для него уже подтвержден подходящий переход и возможен быстрый, практически замкнутый цикл охлаждения, при котором частица многократно возвращается в исходное состояние.
На первом этапе команда закупит и смонтирует оборудование, получит анионы тория и проведет их первичный анализ. Затем ученые планируют удержать облако частиц в ловушке, охладить его и перейти к экспериментам с одиночным анионом или небольшой цепочкой ионов.
В дальнейшем установка может применяться для спектроскопии тяжелых атомов, проверки теоретических расчетов и разработки новых методов квантовой метрологии. Ученые также рассматривают возможность создания кубита на основе энергетических состояний тория-232 и использования этого изотопа в качестве своеобразного «термостата» для охлаждения тория-229.
В проекте примут участие научные сотрудники, инженеры, аспиранты и студенты НИЯУ МИФИ. Разработчики рассчитывают одновременно создать новую экспериментальную платформу и подготовить специалистов в области квантовых технологий и высокоточной метрологии.
