Международная группа ученых из Института Пауля Шеррера впервые экспериментально продемонстрировала оптический эффект Магнуса. Этот эффект, аналог того, что заставляет закрученный мяч изменять траекторию полета, проявился на атомном уровне при взаимодействии лазерного луча с одиночным ионом. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Суть эффекта в том, что точка наиболее сильного взаимодействия сфокусированного лазера с ионом смещается в сторону от центра луча. Ранее предполагалось, что взаимодействие максимально именно в самой яркой точке лазера, однако из-за сложной структуры электромагнитного поля в сильно сфокусированном пучке света эта точка оказывается смещенной.
Открытие имеет значение для разработки квантовых компьютеров, где лазерами с высокой точностью контролируют состояние кубитов. По мнению исследователей, если не учитывать этот боковой сдвиг, могут возникать ошибки в вычислениях. В то же время возникающие из-за эффекта силы потенциально можно использовать для связи кубитов между собой, что позволит проводить более сложные вычисления.
Чтобы зафиксировать эффект, физики использовали одиночный ион кальция в качестве сверхчувствительного зонда. Ион удерживали в почти неподвижном состоянии с помощью электромагнитной ловушки. Ученые перемещали ион через разные участки лазерного луча и в каждой точке измеряли, насколько сильно он взаимодействует со светом, фактически картируя структуру луча. Это позволило измерить сдвиг всего в несколько сотен нанометров.
В ходе эксперимента выяснилась и неожиданная деталь: величина бокового смещения зависит только от длины волны света и не связана со степенью фокусировки лазера. Работа швейцарских ученых подтвердила на практике теоретические расчеты, которые несколько лет назад представили физики из Амстердамского университета.
