中国科学技術大学（USTC）の中国科学院の学者GUO Guangcanのチームは、風邪の研究において重要な進歩を遂げました。 原子 超解像イメージング。 チームは、イオントラップシステム内の単一イオンの超解像イメージングを実現しました。 結果はで公開されました Physical Review Lettersに.
コールドアトムシステムは、量子物理学を研究するための理想的な実験プラットフォームであると同時に、量子シミュレーションの実験研究のための重要な物理システムです。 量子コンピューティング、および量子精度測定。 コールドアトムシステムのコア実験手法のXNUMXつは、高解像度の単一粒子イメージングです。 過去XNUMX年間で、コールドアトムシステムの顕微鏡イメージング技術は急速に発展しました。 しかし、新たに開発された技術は依然として基本的な光回折限界によって制限されており、分解能は光波長のオーダーにしか到達できません。 波動関数の詳細に関連する量子現象を研究することは困難です。 このような問題を研究するには、光学的超解像イメージングが必要です。
光学超解像イメージングは、化学および生物学の分野で成熟したツールに発展しました。 ただし、コールドアトム実験は複雑であるため、コールドアトムシステムに超解像イメージング技術を適用することは非常に困難です。 これ以前は、単一原子（イオン）の直接超解像イメージングの進歩はまだ進んでいませんでした。
この研究では、研究者は、古典的な超解像イメージング分野で誘導放出抑制（STED）顕微鏡の主なアイデアを採用し、それを原子量子状態の初期化および冷原子システムの読み取り技術と組み合わせました。 彼らは、単一の冷たい原子（イオン）の超解像イメージングを初めて直接実現しました。
実験結果は、イメージング法の空間分解能が回折限界を175桁以上超える可能性があり、開口数がわずか0.1の対物レンズを使用することでXNUMXnmのイメージング分解能を達成できることを示しました。
このメソッドの時間分解能の利点をさらに実証するために、研究者は50nsの時間分解能と単一イオンポジショニングの両方を達成しました。 精度 このメソッドを使用して、トラップ内のイオンの急速な調和振動を明確にキャプチャしました。 理論的には、イメージング対物レンズの開口数と枯渇光（ドーナツスポット）の中心消光比を大きくすることで、空間分解能をさらに10nm未満に向上させることができます。
この実験手法は、コールドアトムシステムのマルチボディおよび相関測定に拡張でき、他のコールドアトムシステムとの互換性が良好です。 光格子、中性原子光ピンセット、および冷原子-イオンハイブリッドシステムに適用できます。
参考：「ナノ秒タイムスケールでの単一冷原子の超解像イメージング」、Zhong-Hua Qian、Jin-Ming Cui、Xi-Wang Luo、Yong-Xiang Zheng、Yun-Feng Huang、Ming-Zhong Ai、Ran He 、Chuan-FengLiおよびGuang-CanGuo、23年2021月XNUMX日 Physical Review Lettersに.
DOI：10.1103 / PhysRevLett.127.263603
