Международная группа исследователей впервые экспериментально зафиксировала оптический эффект Магнуса в сфокусированном лазерном пучке. Ученым удалось обнаружить, что точка максимального взаимодействия света с отдельным ионом смещается на сотни нанометров. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
В ходе эксперимента исследователи зафиксировали ион кальция-40 в электромагнитной ловушке и воздействовали на него узким лазерным пучком (длина волны 729 нм), постепенно меняя их взаимное расположение. Выяснилось, что пик интенсивности взаимодействия достигается не по центру луча, а со сдвигом. Так, для различных квантовых состояний смещение составило 240 ± 16 нм и 463 ± 20 нм. Эти результаты практически полностью совпали с теоретическими расчетами, предсказывавшими значения 232 и 464 нм.
Такое отклонение объясняется особенностями поведения электромагнитного поля в условиях сильной фокусировки — в этой точке свет перестает быть похожим на плоскую волну, так как возникают продольные компоненты поля и градиенты поляризации. Подобная структура поля вызывает боковое смещение, аналогичное тому, как подкрученный мяч меняет траекторию из-за эффекта Магнуса. Примечательно, что размер этого сдвига зависит исключительно от длины световой волны, а не от того, насколько узко сфокусирован лазер.
Данные имеют большое значение для развития квантовых компьютеров, работающих на ионах, где лазерное излучение необходимо для контроля кубитов (базовая единица информации в квантовых компьютерах, благодаря квантовой механике может быть равна 0 и 1 одновременно). Даже столь незначительные на первый взгляд сдвиги способны снижать точность вычислений и провоцировать ошибки. С другой стороны, этот эффект может принести и пользу, ведь возникающее оптическое воздействие может помочь в объединении кубитов для выполнения более комплексных квантовых задач.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, как Япония запустила первый функциональный квантовый компьютер на атомах.