Группа исследователей из Инсбрукского университета (Австрия), Мюнхенского университета Людвига — Максимилиана (Германия), Национального института стандартов и технологий и Калифорнийского технологического института (оба — США) нашла способ связать перемещения отдельного атома и механического осциллятора — кристаллической мембраны.

Экспериментальная установка (иллюстрация из журнала Physical Review Letters)

Существует два основных подхода к задаче определения «границ» применимости квантовой механики: первый связан с получением состояния квантовой запутанности в системе из нескольких частиц, а второй — с организацией связи между отдельной частицей и макроскопическим объектом (каким-либо механическим осциллятором). Проблема состоит в том, что масса макроскопического объекта на несколько порядков превосходит массу атома; для того чтобы добиться сильной связи — эффекта, который не разрушается шумовыми явлениями, — приходится разрабатывать изощренные экспериментальные методики.

Авторы рассматриваемой работы предлагают задействовать в эксперименте резонатор высокой добротности: два лазерных луча, отражаясь от зеркал резонатора, создадут потенциальную яму, в которую будет помещен атом (в расчетах ученых фигурирует атом цезия). Роль макроскопического объекта, располагающегося рядом с атомом, будет играть тонкая мембрана из кристаллического материала с высоким показателем преломления (к примеру, нитрида кремния SiN). Эффективность такой оптической ловушке придает процесс «усиления»: любое перемещение атома, отражающее его квантовое состояние, должно вызывать сдвиг находящейся рядом мембраны, что, в свою очередь, приводит к изменению параметров резонансного режима и заставляет мембрану — и атом — сдвигаться дальше.

Регистрировать это движение можно двумя способами: с помощью лазерного излучения, направляемого на атом, и при наблюдении за тем, как излучение со временем покидает резонатор.

По словам исследователей, оптическая ловушка с захваченным атомом уже создана — остается лишь добавить мембрану.