ИОННАЯ ЛОВУШКА КВАНТОВОЙ ЛАБОРАТОРИИ ВЫЕЗЖАЕТ НА АВТОБАН

Электрически заряженные атомы, или ионы, можно удерживать парящими в вакууме с помощью электрических полей. Пойманные таким образом, они становятся одной из ведущих платформ квантовых технологий: сердцем некоторых квантовых компьютеров, узлов квантовых сетей и высокоточных датчиков. Некоторые из этих устройств называют переносными — например, транспортируемые оптические часы, — но, как правило, работать во время перемещения они не могут.

Путешествовали только магнитные ловушки

Лишь в двух заметных экспериментах частицы удавалось удерживать в движении. Более тридцати лет назад переносная ловушка перевозила электроны. Позже транспортировали протоны, а затем антипротоны. В обоих случаях использовались ловушки Пеннинга, которые сочетают статические электрические поля с сильными магнитными.

Однако в большинстве квантовых лабораторий используется другая конструкция — ловушка Пауля, которая удерживает ионы быстро осциллирующим радиочастотным полем. Вывезти такую ловушку на дорогу — задача со своими трудностями: нужно поддерживать сверхвысокий вакуум, долго сохранять ионы и обеспечить оптический доступ для будущих квантовых операций.

Лаборатория в стойке высотой 1,8 метра

Сара Альфаро, Дипеш Бханушали, Джованни Черкьяри и их коллеги из университетов Инсбрука и Зигена, в том числе Райнер Блатт и Томас Монц (также связанные с компанией Alpine Quantum Technologies, Инсбрук), построили линейную ловушку Пауля с четырьмя стержнями длиной 40 мм внутри вакуумной камеры с давлением ниже 3 × 10⁻¹¹ миллибар. Всё — камера, высоковольтные источники, радиочастотная электроника, осциллограф — помещается в стойку высотой 180 см, шириной 61 см и длиной 90 см, без движущихся частей. В дороге её питают два источника бесперебойного питания.

Схема ионной ловушки, фотографии электродов ловушки и вакуумной камеры, а также стойка высотой 180 сантиметров, в которой размещена вся установка.

Установка: схема (a), конструкция электродов (b, d), ловушка, смонтированная в вакуумной камере (c), и мобильная стойка высотой 180 см (e). — Рисунок 1, Alfaro et al. (2026), arXiv:2610.20487.

Ионы получают, направляя небольшой зелёный лазер на один из стальных электродов. Отношение массы к заряду у пойманных ионов около 12; команда приписывает это в основном ионам углерода, выбитым из нержавеющей стали. Чтобы их посчитать, ловушку открывают и сбрасывают ионы на детектор, вспышки которого снимают на видео. В лаборатории ионы остаются в ловушке со временем жизни около 2600 секунд, то есть примерно 43 минуты.

Две поездки по автобану

Для дорожных испытаний стойку погрузили в фургон вилочным погрузчиком и закрепили ремнями к полу. Каждый раз ионы загружали при стоящем фургоне, затем фургон ехал по автомагистралям с прямыми и извилистыми участками и снова останавливался для измерения.

Первая поездка: загрузка на площадке отдыха Lanz-Brenner сразу после пересечения австрийско-итальянской границы, затем 18,6 км до Кампо-ди-Тренс. После 15 минут хранения было зарегистрировано около 3800 ионов, плюс-минус 1300.
Вторая поездка: загрузка возле Брухзаля в Германии, затем 63,4 км до Цвингенберга. Через 45 минут осталось около 1170 ионов, плюс-минус 390, — примерно на 70% меньше.

Две дорожные карты с пройденными маршрутами длиной 18,6 и 63,4 километра и график числа оставшихся ионов в зависимости от времени хранения с экспоненциальным спадом.

Два маршрута (a, b) и число ионов, зарегистрированных после каждой поездки (c), подчиняющееся экспоненциальному спаду. — Рисунок 3, Alfaro et al. (2026), arXiv:2610.20487.

Это снижение — ровно то, чего следовало ожидать просто от ожидания: при совместной аппроксимации обе поездки дают время жизни около 1500 секунд, с неопределённостью, при которой оно остаётся совместимым с лабораторным значением. Иными словами, автобан не вытряс ионов больше, чем время. По словам авторов, это первая перевозка ионов, удерживаемых в линейной ловушке Пауля, на расстояние в несколько километров.

Квантовое — пока лишь по названию

В заголовке говорится о квантовом устройстве, но ничего квантового в фургоне не происходило. Ионы не охлаждались лазером, ни один кубит не был записан или считан — их просто сохраняли. Сам подсчёт содержит большую неопределённость, около трети, потому что ионы накладываются друг на друга на детекторе. И измерения проводились при припаркованном фургоне.

Авторы считают это фундаментом. Следующий шаг — охлаждать ионы и управлять ими во время движения установки. Это может привести к квантовым датчикам, работающим в пути, к узлам квантовых сетей, которые можно развёртывать на месте, к часам, разгоняемым для проверки общей теории относительности, — а благодаря встроенному в камеру клапану и к способу перевозить экзотические ионы, а когда-нибудь, возможно, и антивещество, между лабораториями без мощных магнитов ловушек Пеннинга.