Конференция в Институте физики полупроводников имени А.В. Ржанова СО РАН собрала специалистов по квантовой информатике, лазерному охлаждению и спектроскопии ультрахолодных атомов. Цель работ — создание квантовых компьютеров, атомных часов и квантовых сенсоров. В конференции участвуют более 100 представителей науки из разных городов России и Сан-Паулу (Бразилия). Устные доклады готовят ведущие ученые и молодые специалисты (39 человек) из различных организаций, включая ИФП СО РАН, Институт лазерной физики СО РАН, Институт автоматики и электрометрии СО РАН, Российский квантовый центр и др.
«Физика ультрахолодных атомов» — 2024ИФП СО РАН, ИЛФ СО РАН, ИАиЭ СО РАН и Новосибирский государственный университет организовали мероприятие при финансовой поддержке ООО «Специальные системы. Фотоника», ООО «Научные приборы и системы», АО «ЛЛС», ООО «Нордлейз».
Атомы с температурой ниже одного милликельвина двигаются со скоростью несколько сантиметров в секунду. Вследствие этого атомы можно захватывать и удерживать в оптических ловушках, а также создавать их упорядоченные структуры. Такие атомы могут рассматриваться, например, в качестве кубитов квантового компьютера, что открывает возможность проведения исследований, необходимых для создания квантового компьютера и развития квантовой информатики.
Работа с ультрахолодными атомами позволяет уточнить фундаментальные параметры квантовых частиц и систем, а также создавать атомные часы, квантовые сенсоры и гравиметры — приборы прецизионной точности.
Благодаря системам, использующим ультрахолодные атомы, можно выполнять точные измерений без громоздкого оборудования.
Ультрахолодные атомы привлекательны не только исследователям в этой области. Физика конденсированного состояния также заинтересована в сильном охлаждении, достигающем милликельвинов, однако работы с ультрахолодными атомами нуждаются в ещё более низких температурах. .Успешное торможение атома с помощью лазерного излучения вызвало бурный рост научных разработок в этой области: появились лазерные пинцеты и ловушки.
Квантовые технологии – популярное направление, включающее квантовые вычислительные системы, коммуникации, сенсорику и метрологию. Исследования этих сфер ведутся в российских научных учреждениях. Развитие квантовых вычислительных систем тесно связано с ГК “Росатом”, квантовой криптографии – с ОАО “РЖД”, а прогресс в области квантовой сенсорики и метрологии связывают также с ГК “Росатом”. ИФП СО РАН совместно с другими институтами, например с ИЛФ СО РАН под руководством ВНИИФТРИ, успешно реализовывал проекты в сфере квантовой метрологии и сенсорики. Такая кооперация может стать частью программы развития отрасли.
Ультрахолодные атомы открывают возможности для точных измерений и поиска новых взаимодействий прямо на лабораторном столе, без необходимости создавать массивные установки. Полный потенциал квантовых вычислений проявится после реализации на твердотельных платформах. Благодаря этому появятся компактные и миниатюрные системы, которые смогут использоваться в смартфонах, часах и других обычных устройствах. , — отметил директор ИФП СО РАН академик Александр Васильевич Латышев.
Ученый приветствовал присутствующих, желая успешных докладов и плодотворных обсуждений. Формирование сотрудничества и совместное решение задач — самое важное, так как сообща сложнее застрять.
Представитель Института автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, академик… Анатолий Михайлович ШалагинВысказал мнение, что исследования в области лазерного охлаждения и локализации атомов представляют собой перспективное направление мировой науки. Более 40 лет данное направление сохраняет актуальность и передовые позиции. Сообщения участников конференции демонстрируют, что в России достижения в этой области весьма серьезны и порой опережают мировые тенденции лазерной науки. Конференция носит статус “всероссийской, с участием исследователей из других стран”. Она приобрела масштабный характер, осталось совсем немного, чтобы стать международной, и не приходится сомневаться, что ее участники и дальше получат значимые результаты.
«Ощутить законы квантовой механики»
Руководитель Института лазерной физики, доктор физико-математических наук. Олег Николаевич Прудников Ультрахолодные атомы помогают «почувствовать» законы квантовой механики и перенести их в классический мир.
В прошлом столетии, когда возникла квантовая физика, её было невозможно понять с позиции классической науки. Непонятные в то время и даже противоречивые результаты применяются сейчас для создания квантовых сенсоров и стандартов частоты. Такие устройства значительно повысят точность научных изысканий.
Физика ультрахолодных атомов позволяет создавать новые сенсоры, применяемые как в фундаментальных, так и в прикладных исследованиях. Новые результаты дают возможность проводить тесты принципов эквивалентности Эйнштейна, свободного падения, гравитационного сдвига, Лоренц-инвариантности пространства. Проверка этих аспектов необходима для построения новой физики. Точность измерений, которую получаем с помощью квантовых сенсоров, может открыть новую физику. .
На конференции представлено большое количество докладов по квантовой информатике.
Председателем конференции является заведующий лабораторией нелинейных резонансных процессов и лазерной диагностики ИФП СО РАН, член-корреспондент РАН. Игорь Ильич Рябцев Выделил особое качество события 2024 года.
На конференции представлено множество докладов по квантовой информатике — для них отведено три секции, включая первую. Ранее больше было докладов по лазерному охлаждению и стандартам частоты. Число участников в этом году вдвое превысило прошлогоднее, большая часть из которых — молодые ученые. .
Специалисты в области квантовой информатики представили результаты как теоретических, так и экспериментальных исследований. Лианна Мажорина из Российского квантового центра открыла конференцию докладом об итогах эксперимента с цепочкой холодных захваченных ионов. Каждый ион — кубит, изучается возникающая квантовая динамика. Елена Якшина из научной группы ИФП СО РАН рассказала о манипуляциях с одиночным атомом, захваченным в ловушку: впервые удалось наблюдать осцилляции Раби при трехфотонном лазерном возбуждении одиночного атома. Андрей Корольков (ФИАН) рассказал о подготовке многокубитных состояний на ансамбле ультрахолодных ионов.
И.И. Рябцев указал, что сообщения на секциях, посвящённых квантовым сенсорам, стандартам частоты, также не менее представительны. Анастасия Семенко из Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений рассказала о работе научной группы по достижению высокой стабильности в мобильном стандарте частоты. Дмитрий Капуста, молодой специалист ИЛФ СО РАН, представил сообщение о создании квантового гравиметра на основе ультрахолодных атомов рубидия. Коллектив Дмитрия впервые в России наблюдал интерференцию атомов в виде волн де Бройля, что служит основой для гравиметра.
С 2003 года конференция «Физика ультрахолодных атомов» провела уже 18 встреч, превратившись из небольшого научного семинара по результатам интеграционных проектов Сибирского отделения РАН в крупный симпозиум. Из истории мероприятия вытекает и периодичность смены места проведения — три года подряд конференция проходит на базе одного из институтов-организаторов, затем переезжает к следующему и так далее.
Информация и фото предоставлены пресс-службой ИФП СО РАН
Источник фото: Надежда Дмитриева