Ежегодная Всероссийская конференция «Физика ультрахолодных атомов» собрала в Институте физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН почти 100 специалистов из Москвы, Троицка, Дубны, Менделеево, Сколково, Санкт-Петербурга, Нижнего Новгорода, Воронежа, Красноярска, Новосибирска и других городов.
Фото Надежды Дмитриевой
Пятьдесят пять устных и четырнадцать стендовых докладов форума затрагивали актуальные теоретические и экспериментальные результаты в области квантовой метрологии и квантовой сенсорики, лазерного охлаждения, квантовой информатики, стандартов частоты на ультрахолодных атомах, квантовых Ферми- и Бозе газов, волн материи, экзотических квантовых систем.
Сообщения представили исследователи из ведущих научных центров страны: Московского физико-технического института (МФТИ), Физического института им. П.Н. Лебедева (ФИАН), Российского квантового центра (РКЦ), Центра квантовых технологий МГУ, Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН), Института автоматики и электрометрии СО РАН (ИАиЭ СО РАН), Института лазерной физики СО РАН (ИЛФ СО РАН), Института спектроскопии РАН, Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ), Санкт-Петербургского государственного университета и других организаций.
«Физика ультрахолодных атомов — 2025» организована ИФП СО РАН, ИЛФ СО РАН, ИАиЭ СО РАН, Новосибирским государственным университетом при поддержке АО «ЛЛС», ГК «Научное оборудование», ООО «Специальные системы. Фотоника».
«Конференция выросла из однодневного совещания участников интеграционного проекта Сибирского отделения РАН. Тогда Академия наук выделяла небольшие средства на то, чтобы поддержать междисциплинарные исследования, связывающие несколько научных групп из разных организаций. Этих дополнительных ресурсов как раз хватало на то, чтобы люди объединились, появились новые зоны роста и сотрудничества. Сегодня очевиден успех проекта, стартовавшего почти 20 лет назад, — "Физика ультрахолодных атомов" стала авторитетным всероссийским научным форумом, здесь собрались специалисты из тридцати двух научных организаций.
Активно развивающиеся квантовые технологии требуют разного рода сенсоров, и востребованы сенсоры на ультрахолодных атомах. Очень важно создавать их компактными, миниатюрными, сейчас это реально. Например, в нашем институте был сделан лазер с вертикальным резонатором, используя который специалисты ВНИИФТРИ разработали атомные часы размером со спичечный коробок. Ранее атомные часы представляли собой установку масштабов ангара, затем произошло уменьшение до габаритов письменного стола. Миниатюризация сенсорных устройств открывает новые возможности и области применения», — подчеркнул, приветствуя участников конференции, директор ИФП СО РАН академик РАН Александр Латышев.
Председатель конференции, заведующий лабораторией ИФП СО РАН член-корреспондент РАН Игорь Рябцев отметил, что «Физика ультрахолодных атомов» привлекает и известных ученых, и начинающих специалистов. Более половины участников конференции — молодые ученые. Больше всего молодежи приехало из ФИАН, РКЦ, ИФП СО РАН, ИЛФ СО РАН.
«Впервые на конференции представил доклад "Сверхтекучий переход в неупорядоченных дипольных ферми-газах" известный во всем мире физик-теоретик д.ф.-м.н. Георгий Шляпников, почетный научный директор Российского квантового центра. Георгий Всеволодович построил теорию влияния Бозе-конденсации на неупругие и оптические процессы в газах, которая затем была подтверждена экспериментально. Ранее ученый возглавлял РКЦ, определив спектр научной деятельности организации.
Д.ф.-м.н. Алексей Акимов, научный директор Российского квантового центра, сделал обзор работ РКЦ по квантовому симулятору на атомах тулия. Квантовый симулятор позволяет промоделировать квантовую динамику сложных систем, которую невозможно посчитать на обычных компьютерах, например, разработку нового лекарственного препарата».
Из Российского квантового центра и ФИАН приехала большая группа молодых исследователей.
«На секции "Лазерное охлаждение-1" все доклады представляли молодые ученые. Их сообщения посвящены экспериментам с холодными атомами иттербия. Атомы иттербия используются для создания оптических стандартов частоты (для атомных часов) и в качестве кубитов квантового компьютера. Именно с атомами иттербия получены самые высокие точности двухкубитовых операций. Молодежной получилась и секция "Квантовая информатика-1". Докладчики из РКЦ, Центра квантовых технологий МГУ, ФИАН, Центра междисциплинарных исследований ВШЭ и пр. рассказали о методах повышения точности квантовых операций в случае работы с холодными атомами рубидия.
На сессии "Стандарты частоты на ультрахолодных атомах-1" участники из ВНИИФТРИ, ИЛФ СО РАН, ФИАН поделились результатами экспериментальных исследований, а главный научный сотрудник ИЛФ СО РАН д.ф.-м.н. Валерий Юдин представил обзорный доклад "Ядерные оптические часы". В основе таких часов лежит оптический переход в ядре атома тория. Преимущество в сравнении с атомными стандартами частоты в том, что ядро изолировано, на него не влияют внешние электромагнитные поля, не меняют его частоту. Ожидается, что с помощью оптического перехода в ядре атома тория можно будет построить высокоточные стандарты, избежав лазерного охлаждения, которое требуется для работы стандартов на холодных атомах», – продолжил Игорь Рябцев.
Фото Владимира Трифутина
Первые российские атомные гравиметры
Директор Института лазерной физики СО РАН (ИЛФ СО РАН) доктор физико-математических наук Олег Прудников подчеркнул особенность «Физики ультрахолодных атомов», которая позволяет познакомиться с самыми свежими научными результатами: «Сейчас конец года, и здесь представлены те результаты, которые, возможно, ещё не опубликованы, но они уже готовы буквально "на кончике пера". Многие молодые учёные, общаясь здесь, вдохновляясь, планируют работы на следующий год».
Исследователь добавил, что на конференции обсуждались результаты по созданию первых в России атомных гравиметров от научных групп ВНИИФТРИ, ИЛФ СО РАН, Института спектроскопии РАН, разработке сверхпрецизионных, сверхчувствительных магнитометров, уникальные работы в области ридберговских атомов, ведущиеся в ИФП СО РАН.
«Ранее атомная гравиметрия не была представлена в нашей стране, только сейчас появились первые работы с очень важными результатами. Коллективом ученых ИЛФ СО РАН опубликована первая в России научная работа по измерению ускорения свободного падения на основе интерференции волн материи в атомном интерферометре», — добавил Олег Прудников.
О квантовом гравиметре, разработанном в ИЛФ СО РАН, рассказал молодой ученый института к.ф.-м.н. Дмитрий Капуста, пояснив, что это прибор, прецизионно измеряющий ускорение свободного падения.
Направление квантовых сенсоров, развиваемое в ИЛФ СО РАН, включает также прецизионные атомные магнитометры. Такие приборы в совокупности актуальны для множества прикладных задач, таких как поиск полезных ископаемых, построение магнитных и гравитационных карт Земли, а также для широкого круга фундаментальных исследований, как проверка общей и специальной теории относительности, уточнения фундаментальных констант и др.
«В ИЛФ СО РАН создается прототип квантового гравиметра с высокими метрологическими характеристиками, который, надеюсь, получит развитие в рамках дорожной карты по разработке и внедрению квантовых сенсоров, поддерживаемой Росатомом.
В результате работы над квантовым гравиметром уже получены сильные результаты, в том числе в теоретической области. В частности, касающиеся регистрации и подавления сдвига сигнала в атомном интерферометре, вызванного асимметрией его формы линии. Разрабатываемые в ИЛФ СО РАН методы подавления сдвигов в атомных интерферометрах необходимы для обеспечения высоких метрологических характеристик прибора в компактном исполнении. Особенно это важно для мобильных систем, имеющих высокое быстродействие для применения на движущихся платформах морского, воздушного и космического базирования», — пояснил Олег Прудников.
Когерентное пленение населенностей
Научный руководитель ИАиЭ СО РАН академик Анатолий Шалагин подчеркнул, что в сообщениях конференции чередуются и самые свежие научные результаты, и обстоятельные обзорные доклады: «Представлены совершенно новые вещи, о некоторых я был не в курсе — с интересом послушал сообщения об атомной квантовой интерференции, о практической реализации явления — то, что делают коллеги из ВНИИФТРИ, ИЛФ СО РАН. Количество участников конференции растет, развитие форума очень радует».
Доклад Анатолия Михайловича был посвящен когерентному пленению населенностей для возмущений, не зависящих от времени. В нелинейной (лазерной) спектроскопии выявлен ряд ярких физических эффектов, связанных с нелинейными процессами при взаимодействии электромагнитного излучения с атомами и молекулами. Один из таких эффектов — когерентное пленение населённостей. Суть его в том, что два компонента излучения, квазирезонансные смежным квантовым переходам атома или молекулы в определенных условиях полностью прекращают взаимодействовать с атомами, когда, казалось бы, это взаимодействие должно быть максимальным. В этих условиях атом находится исключительно в нижних энергетических состояниях, причем в максимально когерентной их суперпозиции. Отсюда и возник термин «когерентное пленение населенностей». Если эти условия слегка изменить, взаимодействие компонентов излучения с атомами тут же становится максимальным.
В докладе показано, что эффект когерентного пленения населенностей в полной мере может проявляться и для возмущений, не зависящих от времени (например, постоянные магнитные и электрические поля). В качестве примера рассмотрено проявление эффекта за счет постоянного магнитного поля в атомах самария.
Фото Владимира Трифутина
Не только ультрахолодные атомы
В России других конференций, столь полно охватывающих тематику ультрахолодных атомов, не проводится, и этим в том числе можно объяснить возрастающий из года в год интерес к форуму. Но ультрахолодными атомами спектр направлений мероприятия не исчерпывается.
«В этом году появилась секция "Экзотические квантовые системы". Здесь представлены и сообщение об атмосфере экзопланет (от к.ф.-м.н. Марины Руменских, ИЛФ СО РАН), и доклад по экситон-поляритонной тематике (его делал д.ф.-м.н. Алексей Кавокин, МФТИ), доклад об экситонных и трионных переходах в одномерных углеродных цепочках (автор д.ф.-м.н. Стелла Кавокина, МФТИ).
Заключительный доклад секции и всей конференции "Основной принцип квантовой механики" представил д.ф.-м.н. главный научный сотрудник ИАиЭ СО РАН Павел Чаповский», — резюмировал Игорь Рябцев.
В следующем году «Физика ультрахолодных атомов» снова соберется в ИФП СО РАН, а затем форум примет другой институт-организатор.
Информация и фото предоставлены пресс-службой ИФП СО РАН
