100 млн рублей на охлаждение тория получил МИФИ для квантовых компьютеров и атомных часов

НИЯУ МИФИ получил 100 млн рублей на проект, который звучит почти как сюжет из научной фантастики: учёные хотят лазерами охладить отрицательные ионы тория-232 почти до абсолютного нуля. Средства дали на три года по программе «Приоритет-2030». Если всё получится, у исследователей появится новая платформа не только для квантовых вычислений, но и для атомных часов следующего поколения.

Проект ведёт кафедра «Физико-технические проблемы квантовой метрологии». В МИФИ поясняют, что речь идёт о лазерном охлаждении анионов тория-232 в ловушке Пауля. Объект для таких опытов непростой: лишний электрон у аниона держится слабо, и слишком жёсткое лазерное воздействие может не охладить частицу, а просто разрушить её.

Тут торий и становится особенно интересным. У Th⁻ один из важнейших возбуждённых уровней живёт около 30 микросекунд. Это примерно в три раза меньше прежних расчётов, а для схем лазерного охлаждения такая разница уже очень важна. Плюс у изотопа тория-232 нет сверхтонкой структуры, поэтому сама схема получается проще и не требует такой тонкой подстройки.

План работ довольно приземлённый. Сначала исследователи будут получать анионы лазерной абляцией, потом проверять состав пучка масс-спектрометрией, затем загружать частицы в ловушку и удерживать их достаточно долго. На этом этапе задача одна — довести дело до доплеровского охлаждения на переходе около 2428,4 нм.

Интерес к таким системам растёт не только в России. IonQ и Quantinuum тоже развивают квантовые платформы на захваченных ионах, правда, обычно работают с катионами вроде иттербия или кальция, а не с отрицательными ионами. Параллельно идёт отдельная гонка вокруг тория-229, который считают одним из главных кандидатов для ядерных часов с рекордной точностью; этой темой занимаются группы в Германии, США и Японии. На этом фоне торий-232 может пригодиться как удобная вспомогательная система для более сложных опытов с соседним изотопом.

Есть у проекта и вполне практический смысл. По оценкам McKinsey, рынок квантовых технологий к следующему десятилетию может измеряться десятками миллиардов долларов, а самый дефицитный ресурс в этой области — устойчивые физические платформы, с которыми можно нормально работать. Если установка в МИФИ выйдет на рабочий эксперимент за заявленные три года, у университета появится редкая компетенция на стыке квантовых вычислений, прецизионной спектроскопии и метрологии.