3D-fangst af Rydberg-atomer i holografiske optiske flaskebjælkefælder

Forskere på CNRS, Université Paris-Saclay i Frankrig har for nylig demonstreret 3D-fangst af atomer i en Rydberg-stat inde i holografiske optiske flaskebjælkefælder. Deres demonstration, beskrevet i et papir udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , kunne have vigtige konsekvenser for den fremtidige realisering af kvantesimuleringer.

I deres undersøgelse, forskerne brugte laserkølede atomer, der kan manipuleres en efter en. Manipulering af laserkølede atomer individuelt muliggør oprettelse af kunstige, fuldt kontrollerede systemer inspireret af solid-state fysik, opnå det, der kaldes en kvantesimulering.

Kvantesimuleringer kan udføres med eksperimentelle platforme, herunder fangede ioner og superledende qubits. Den tilgang, som dette forskergruppe anvender, indebærer brug af neutrale atomer fanget i mikroskopiske optiske fælder (dvs. optisk pincet), som bliver tilskyndet til at interagere ved at spænde dem til meget ophidsede atomniveauer kendt som Rydberg -stater.

"Indtil nu, i den korte tid er atomerne i Rydberg -staterne, vi var nødt til at slukke den optiske pincet, fordi Rydberg -atomer faktisk bliver frastødt af lyset, "Thierry Lahaye, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Dette begrænser den tid, hvormed atomerne kan holdes i Rydberg -niveauerne til kun et par mikrosekunder, fordi atomerne flyver væk fra fangstpositionen. Vores undersøgelse gjorde det muligt at forlænge betydeligt denne gang, ved at fange atomerne, selv når de er i en Rydberg -tilstand. "

Når Rydberg -atomer afvises af lys, Lahaye og hans kolleger formede deres laserstråle på en sådan måde, at et mørkt område omgivet af lys i alle retninger dukkede op præcis, hvor hvert enkelt atom var placeret, lige efter at de var begejstrede til Rydberg -niveauet. Denne såkaldte 'flaske-stråle' blev skabt ved hjælp af et diffraktivt element kendt som en rumlig lysmodulator (SLM), som kan styres ved hjælp af en computer.

Denne procedure tillod forskerne at forlænge den tid, hvor atomerne i en Rydberg -tilstand kunne bruges til kvantesimulering. Mens flaskebjælker tidligere har været brugt i flere andre fysikstudier, dette er første gang, de specifikt blev brugt til at begrænse individuelle Rydberg -atomer.

"Med denne fangst, den tid, hvor vi kunne beholde vores Rydberg-atomer, blev forlænget til flere hundrede mikrosekunder (typisk en 40 gange forbedring), kun begrænset af Rydberg -niveauernes naturlige levetid, "Lahaye forklarede." Et vigtigt træk ved ordningen er, at det er kompatibelt med målet om kvantesimulering, noget vi kontrollerede ved samtidig at fange to atomer i to forskellige fælder og måle, om de interagerede på nøjagtig samme måde, som de ville gøre i mangel af en fælde - omend i meget længere tid, selvfølgelig."

I fremtiden, den flaskebjælkebaserede metode, der blev brugt af Lahaye og hans kolleger, kunne vise sig meget nyttig i både kvantesimuleringer og kvantelogiske operationer, der involverer Rydberg-atomer, øge deres præcision i gengivelse af fysiske systemer. Forskerne planlægger nu at udføre yderligere undersøgelser for at undersøge potentielle anvendelser af flaskebjælkefælder.

"En naturlig fortsættelse af dette arbejde ville være at gå ud over dette principprincip og skabe store arrays af sådanne flaskebjælkefælder, med mange atomer, at udføre et faktisk kvantesimuleringsforsøg, mens du drager fordel af den forlængede fangsttid, "Sagde Lahaye.

© 2020 Science X Network