Учёные впервые увидели «эффект Магнуса» в лазере: смещение на 463 нм поможет точнее управлять кубитами

Учёные впервые напрямую измерили оптический эффект Магнуса в сфокусированном лазерном луче, обнаружив смещение максимума взаимодействия света с одиночным ионом на сотни нанометров. Эксперимент провела международная группа исследователей из ETH Zurich, Института Пауля Шеррера и Амстердамского университета.

Для эксперимента физики использовали один ион кальция-40, удерживаемый электромагнитным полем в ионной ловушке. На него направили плотно сфокусированный лазер с длиной волны 729 нм и последовательно смещали пятно относительно иона. Оказалось, что наиболее сильное взаимодействие возникает не точно на оси луча. Для разных квантовых переходов исследователи зафиксировали смещения на 240 +- 16 и 463 +- 20 нм. Теория предсказывала 232 и 464 нм соответственно.

Причина связана со структурой сильно сфокусированного света. При таком фокусировании электромагнитное поле уже нельзя описывать только как почти плоскую волну: появляются продольная составляющая электрического поля и поперечные градиенты поляризации. Именно они создают боковое смещение взаимодействия, которое напоминает эффект Магнуса у вращающегося мяча. При этом величина обнаруженного смещения определяется длиной волны света, а не степенью фокусировки лазера.

Результат важен для квантовых компьютеров на захваченных ионах, где лазерный свет используется для управления кубитами. Незаметное на обычном масштабе смещение может влиять на точность квантовых операций и становиться источником ошибок. Одновременно тот же эффект может оказаться полезным: возникающие оптические силы потенциально способны связывать кубиты между собой и использоваться для более сложных квантовых вычислений.

Источник: interestingengineering