Современные технологии совершили впечатляющий шаг вперед благодаря новому подходу к созданию квантовых сенсоров. Эти устройства, основанные на принципах квантовой механики, позволяют обнаруживать мельчайшие колебания гравитационных и магнитных полей, а также с беспрецедентной точностью измерять параметры вращения и ускорения нашей планеты. Развитие этого направления обещает кардинально изменить стандарты точности в измерительных системах будущего.
Удержание атомов в сенсоре — настоящий вызов для ученых. Из-за теплового движения частицы стремятся покинуть рабочую зону, что требует инновационных решений. Многоступенчатое охлаждение стало ключом к стабилизации атомов, где первую роль играют магнито-оптические ловушки (МОЛ). Комбинация лазерного излучения и магнитных полей создает эффективный инструмент для управления частицами, а использование атомных чипов делает технологию компактной и энергоэффективной.
«Главная задача — сохранить максимальное количество атомов после каждого этапа охлаждения. Чем больше частиц останется в рабочей зоне, тем выше будет итоговая точность сенсора», — подчеркивает Дарья Быкова, аспирантка НИУ ВШЭ и преподаватель физического факультета.
Первичное охлаждение до микрокельвиновых температур радикально замедляет движение атомов, позволяя удерживать их в заданной области. Лазерные технологии играют здесь решающую роль: направленное излучение «забирает» избыточную энергию частиц, а магнитное поле фиксирует их положение. Последующий этап охлаждения без использования лазеров доводит температуру до нанокельвинового диапазона, усиливая контроль над атомными ансамблями.
«Наше решение напоминает тонкую настройку: лазерное излучение мягко направляет атомы в центр ловушки, где их удерживают комбинированные силы магнитного поля и светового давления», — делится подробностями Дарья Быкова.
Атомные чипы стали настоящим технологическим прорывом, позволяя миниатюризировать оборудование и повышать эффективность энергопотребления. Эти устройства генерируют необходимые магнитные поля в непосредственной близости от своей поверхности, создавая идеальные условия для работы с ультрахолодными атомными ансамблями.
Эксперименты, проведенные совместной командой Института спектроскопии РАН и НИУ ВШЭ, продемонстрировали впечатляющие результаты. Ученым удалось достичь рекордного времени удержания атомов — более 4 секунд, что критически важно для квантовых технологий. Использование атомного пучка вместо традиционных методов повысило эффективность загрузки ловушек в 10⁷ раз, сохраняя при этом стабильность вакуумной среды.
«Мы оптимизировали параметры системы, добившись стабильного удержания 4,9×10⁷ атомов в течение 4,1 секунды. Это создает прочную основу для следующих этапов охлаждения и практической реализации сенсорных прототипов», — отмечает Антон Афанасьев, старший научный сотрудник Института спектроскопии РАН и доцент НИУ ВШЭ.
Разработка выполнена при поддержке Научного фонда НИУ ВШЭ в лабораториях Института спектроскопии РАН, подтверждая статус российской науки как лидера в области квантовых исследований.
Источник: naked-science.ru
