Физики Национального института науки и техники (NIST) продемонстрировали новую ионную ловушку со встроенным оптоволокном, способным собирать свет, излучаемый единичными ионами, что позволит измерять информацию, сохраненную в ионах. Это изобретение может упростить разработку квантового компьютера и послужить шагом к передаче информации между материей и светом в квантовых сетях будущего.
Новое устройство представляет собой миллиметровую квадратную ионную ловушку со встроенным оптоволокном. Авторы используют ионы в качестве квантовых битов (кубитов) для хранения информации в экспериментах по квантовым вычислениям, что когда-нибудь может помочь решить неразрешимые сегодня проблемы. Ион может располагаться на расстоянии 80-100 микрометров от оптоволокна, детектирующего сигналы говорящие о информационном содержании кубита.
«Такой дизайн полезен тесной связью между ионом и волокном, а также своим небольшим размером, так что на один чип можно установить множество волокон» — говорит ведущий автор статьи об открытии Аарон ВанДевендер (Aaron VanDevender) из NIST.
При демонстрации ученые использовали ионы магния. Свет, излучаемый ионом, проходит сквозь отверстие в электроде и собирается волокном под поверхностью электрода. Для сравнения, в обычных ионных ловушках используются крупные линзы, располагающиеся на расстоянии около 5 сантиметров от ионов (в 500 раз дальше, чем волокно в новом изобретении). Оптоволокно также позволяет работать с большим количеством ионов, чем оптические системы, так как к одной ионной ловушке может быть присоединено множество волокон.
Оптоволокно улавливает меньше света, чем системы линз, но этого достаточно для определения квантовой информации, говорит ВанДевендер. Эффективность новинки впоследствии собираются улучшить путем изменения формы окончания оптоволокна и использования противоотражающих покрытий на поверхностях.
Статья об изобретении будет опубликована в следующем выпуске «Physical Review Letters».