Свет, проходящий мимо микроскопической структуры, меняет направление распространения. Если размеры структуры меньше длины волны света, она действует как линза, собирая свет в пятно, диаметр которого меньше самой длины волны. В новой работе физики продемонстрировали, что даже одиночная наноструктура на поверхности чипа способна сфокусировать свет в настолько малое пятно, что его можно использовать для захвата одиночных атомов.

Чтобы визуализировать это пятно, учёные использовали сами атомы. Атом, попадающий в яркое пятно, начинает светиться — испускать фотоны. По этому свечению можно точно измерить, где сфокусирован свет и насколько он интенсивен. Такой метод напоминает светлячка в тёмной комнате, который указывает, куда падает луч фонарика. Атом-светлячок не искажает само световое поле, поэтому поле можно изучать, не внося возмущений.

Такая фокусировка позволяет удерживать атомы светом в очень маленькой области. Это важно для создания квантовых устройств, где атомы должны взаимодействовать с фотонами на чипе. Свет, собранный в маленькое пятно, сильнее связан с атомом, и квантовые операции происходят быстрее и надёжнее.

Наноструктура на чипе работает как крошечная линза, которая не только собирает свет, но и направляет его в нужное место. Это делает её универсальным инструментом для квантовых технологий: она может ловить атомы, усиливать их свечение и связывать их с фотонами в одном устройстве.