Эффект Магнуса обычно связывают с вращающимися мячами, которые из-за взаимодействия с воздухом отклоняются от ожидаемой траектории. Физики обнаружили оптический аналог этого явления и впервые смогли непосредственно измерить его на уровне отдельного иона.
В эксперименте ученые удерживали один ион кальция-40 в электромагнитной ловушке и направляли на него сильно сфокусированный лазер с длиной волны 729 нанометров. Перемещая луч и отслеживая переходы между квантовыми состояниями частицы, исследователи использовали сам ион в качестве микроскопического датчика структуры света.
Оказалось, что область наиболее сильного взаимодействия находилась не точно в центре лазерного луча. Для двух исследованных переходов ученые зарегистрировали боковые смещения примерно на 240 и 463 нанометра. Результаты практически совпали с теоретическими значениями в 232 и 464 нанометра.
Причиной становятся особенности электромагнитного поля сильно сфокусированного света. В таких условиях возникают продольные компоненты поля и градиенты поляризации, из-за которых взаимодействие с атомом смещается относительно оптической оси. Возможность существования подобного эффекта была предсказана ранее, но напрямую отобразить его на атомном масштабе до сих пор не удавалось.
Открытие может оказаться важным для квантовых компьютеров на захваченных ионах, где лазеры используются для управления кубитами. Неучтенные пространственные смещения способны снижать точность операций, однако в перспективе возникающие силы можно, наоборот, использовать для взаимодействия между кубитами.
Пока исследование демонстрирует прежде всего фундаментальную физику эффекта. Следующим шагом станет изучение способов точного контроля таких взаимодействий, чтобы потенциально использовать их при создании более крупных и стабильных квантовых процессоров.
