Рекордное время удержания: немецкие физики удерживают одиночные атомы более двух часов в оптической ловушке

Вот результаты проверки фактов по обоим прорывам.

1. MPQ Гархинг: Время удержания одиночных атомов Sr-88 в вакууме до 2 часов

Исследователи из Института квантовой оптики Макса Планка (MPQ) продемонстрировали вакуумно-ограниченное время жизни в ловушке до двух часов для одиночных атомов (^{88}\mathrm{Sr}) в массиве оптических пинцетов размером (16 \times 16). Результаты были представлены в новой препринте (arXiv:2607.12988, опубликовано 15 июля 2026 г.) .

Как это было достигнуто

• Криогенное улучшение вакуума: Команда создала криостат, холодный наконечник которого достигает 4 K и расположен примерно в 30 см от массива пинцетов. Включение криостата резко снижает парциальное давление остаточного водорода (основного фонового газа), даже если холодный наконечник не находится в прямом контакте с областью удержания .
• Выбор материала и отжиг: Вакуумная камера в основном изготовлена из титана Grade 2 (который имеет лучшие дегазационные свойства по сравнению с нержавеющей сталью, особенно в отношении водорода). Камера прошла трехнедельный высокотемпературный отжиг при 320 °C, за которым последовал двухнедельный низкотемпературный отжиг при температуре около 150 °C .

Инновация в конструкции криостата: полный оптический доступ без сложных криогенных корпусов

Ключевая особенность конструкции заключается в том, что вся оптика для визуализации и пинцетов расположена снаружи стеклянной ячейки и работает при комнатной температуре на воздухе. Это позволяет избежать необходимости в специальных вакуумных и криогенных объективах, которые должны выдерживать тепловое сжатие и условия сверхвысокого вакуума. Стеклянная ячейка находится в комнатно-температурной части камеры, в то время как только холодный наконечник глубоко внутри вакуумной оболочки активно охлаждается .

Это означает, что система сохраняет полный оптический доступ — можно использовать стандартные коммерческие объективы с высокой числовой апертурой, но ценой отсутствия экранирования атомов от комнатно-температурного черного тела. Авторы отмечают, что это совместимо с будущим использованием комнатно-температурного микроволнового экранирования для экспериментов с ридберговскими состояниями .

Масштабируемость к бездефектным массивам из десятков тысяч атомов

В статье прямо указано, что более длительное время жизни ловушки напрямую позволяет создавать более крупные отсортированные массивы. Поскольку время сортировки линейно масштабируется с числом атомов, а вероятность поддержания бездефектного массива экспоненциально падает с размером, многочасовое время жизни в вакууме дает достаточно времени для сборки больших упорядоченных конфигураций. Благодаря полному оптическому доступу, позволяющему использовать объективы с большим полем зрения и мощные лазеры для создания оптических решеток большого объема, авторы прогнозируют реалистичный путь к бездефектным массивам из нескольких десятков тысяч атомов и, потенциально, более 100 000 атомов .

---

2. Университет имени Гумбольдта в Берлине: гибридная нанофотонная ловушка с использованием поверхностных сил

Исследователи из Берлинского университета имени Гумбольдта (группа профессора Арно Раушенбойтеля) продемонстрировали гибридную нанофотонную ловушку для холодных атомов цезия в препринте (arXiv:2509.17767, сентябрь 2025 г.) и опубликовали работу в Nature Photonics .

Как это работает

• Ловушка использует поверхностные силы (взаимодействие Казимира-Полдера плюс электростатические заряды на поверхности нановолокна) для притяжения атомов, в то время как одиночное сине-отстроенное эванесцентное лазерное поле обеспечивает отталкивание .
• Это заменяет стандартную двухцветную (красную + синюю) дипольную ловушку, обычно используемую для удержания атомов на нановолокнах. Минимум ловушки находится примерно в 650 нм от поверхности нановолокна и имеет глубину около 1 мкК .

Ключевые продемонстрированные характеристики

• Время хранения атомов: 140(9) мс — больше, чем в стандартной двухцветной дипольной ловушке, несмотря на то, что гибридная ловушка значительно мельче .
• Время когерентности Рэмси: 16,8(2) мс — более чем на порядок больше, чем в предыдущих нанофотонных волноводных ловушках, потому что атомы проводят большую часть времени в областях с низкой интенсивностью света, что уменьшает декогеренцию из-за дифференциального светового сдвига .

Значение

Работа показывает, что поверхностные силы, обычно считающиеся помехой, которую необходимо минимизировать, могут быть использованы как полезный инструмент для удержания. Это упрощает оптические требования (требуется меньше лазерных лучей) и значительно улучшает когерентность, что делает эту технологию перспективной для квантовой памяти, квантовых сетевых узлов и других нанофотонных квантовых устройств .