Том 164, № 2 (2023)

Проанализирована реализация квантового логического вентиля в системе холодных атомов, удерживаемых оптическими микроловушками. Проведено моделирование динамики двух спиновых кубитов, в котором рассматривается ряд процессов, ограничивающих эффективность механизма перепутывания на основе эффекта ридберговской блокады, и предложена геометрия двухфотонного возбуждения ридберговских состояний атомов, позволяющая повысить устойчивость системы к вариации ряда параметров, а также снизить потери, связанные с процессами некогерентного рассеяния управляющего излучения.

Ответ на комментарий П. Л. Чаповского к работе «Симметрийный подход в задаче о расширении газов в вакуум», ЖЭТФ 159, 794 (2021).

Предложен дизайн источника холодных атомов тулия на основе двумерной магнито-оптической ловушки и проведено численное моделирование его работы. Были найдены оптимальные параметры охлаждающего излучения и магнитного поля и показано, что при полной мощности излучения 50 мВт и температуре атомной печки 800 К предложенная конфигурация может обеспечить поток в 4 · 108 холодных атомов в секунду, а при повышении температуры печки поток может достигать значенийпорядка 1011 ат./с. Такой источник может быть использован как для создания стандартов частоты, так и в задачах, связанных с квантовыми симуляторами и получением конденсата Бозе - Эйнштейна.

Синхронное сличение оптических часов с использованием фазово-когерентных часовых лазеров позволяет определять разность (отношение) частот часовых переходов, не ограниченную общими шумами используемых лазеров. Проведено детальное моделирование сличения двух тулиевых оптических часов с использованием синхронного опроса атомов излучением общего часового лазера. Определен ряд критичных параметров, таких как остаточные нескореллированные частотные и амплитудные шумы импульсов пробного излучения и шумы считывания, которые могут приводить к ухудшению стабильности сличения. В то же время продемонстрировано, что такой способ нечувствителен к флуктуациям числа атомов, калибровке параметров петли обратной связи, отдельным выбросам в циклах измерений и флуктуациям лабораторного магнитного поля.

Рассмотрен квантовый алгоритм решения задачи коммивояжера методом квантовой оценки фазы и квантового поиска. Развивается подход, ранее предложенный для решения этой задачи. Использован один квантовый регистр для кодирования собственных состояний унитарного оператора, фаза которого задает длительность каждого из возможных маршрутов. Для оценки длительности маршрута используется алгоритм квантовой оценки фазы. Затем для нахождения минимальной длительности маршрута измеренные значения длительностей кодируются в состояния второго квантового регистра и проводится поиск оптимального маршрута с помощью модифицированного алгоритма Гровера. Проведено численное моделирование предложенного квантового алгоритма с использованием библиотеки Qiskit для одной и двух итераций модифицированного алгоритма Гровера.

Исследуется полевой сдвиг резонанса когерентного пленения населенностей (КПН), возбуждаемого бихроматическим полем в открытой Λ-системе, с учетом гауссового профиля интенсивности лазерного излучения. При этом рассматриваются два метода формирования сигнала ошибки: частотная гармоническая модуляция и фазовая ступенчатая модуляция (фазовые прыжки). Показано, что пространственная неоднородность светового пучка приводит к существенно нелинейной зависимости сдвига сигнала ошибки от интенсивности лазерного излучения. Предложен метод, позволяющий линеаризовать данную зависимость, что имеет важное значение для развития методов подавления полевого сдвига в атомных часах на основе резонансов КПН.

Стандартные методы лазерного охлаждения 171Yb+ в радиочастотной ловушке предполагают использование когерентных световых полей, резонансных оптическим переходам линии 2 S 1 / 2 → 2 P 1 / 2, а также магнитного поля, позволяющего разрушить состояние когерентного пленения населенностей на уровне 2 S 1 / 2( F = 1). Дальнейшие прецизионные измерения, проводимые, например, с использованием переходов (квадрупольного 2 S 1 / 2( F = 0) → 2 D 3 / 2( F = 2) и октупольного 2 S 1 / 2( F = 0) → 2 F 7 / 2( F = 2)), требуют существенного подавления и контроля остаточного магнитного поля. В настоящей работе мы детально исследуем альтернативный метод лазерного охлаждения 171Yb+ с использованием полихроматических полей, позволяющий полностью исключить применение магнитного поля в задаче охлаждения иона и, таким образом, подавить сдвиги, связанные с квадратичным эффектом Зеемана от неконтролируемого остаточного магнитного поля.

Исследуется поглощение световой волны, взаимодействующей с оптическими переходами в D1-линии атома щелочного металла в присутствии микроволнового излучения, резонансного магнито-дипольным переходам между сверхтонкими компонентами основного состояния. Известно, что при сканировании продольного магнитного поля (B||k, где k - волновой вектор) возможно наблюдение магнитооптического резонанса, связанного с эффектом Ханле в основном состоянии (ЭХОС). Кроме того, в виду наличия резонансного микроволнового излучения, также имеет место эффект двойного радиооптического резонанса (ДРОР). Проведено теоретическое и экспериментальное исследование степени взаимного влияния этих эффектов на формирование узкого магнитооптического резонанса в поглощении световой волны. В ходе теоретического анализа показано, что эти эффекты конкурируют друг с другом и действуют на формирование резонанса деструктивным образом, что приводит к малой амплитуде резонанса и усложнению его формы. Однако в присутствии буферного газа такого давления, что сверхтонкое расщепление возбужденного состояния спектрально не разрешается, становится возможным наблюдать магнитооптический резонанс с относительно большой амплитудой. Эксперименты выполнены с использованием миниатюрной стеклянной ячейки (V ∼ 0.1 см3), наполненной парами 87Rb и буферным газом (≈ 95 Торр аргона). В экспериментах, в частности, наблюдается эффект сужения резонанса с ростом интенсивности светового поля, предсказанный теоретически. Предложенная конфигурация возбуждения магнитооптических резонансов может быть использована в квантовой магнитометрии для измерения слабых постоянных магнитных полей, а также резонансных микроволновых полей с использованием ячеек с парами атомов щелочных металлов.