Onderzoekers van CNRS, Université Paris-Saclay in Frankrijk heeft onlangs de 3D-opsluiting van atomen in een Rydberg-staat aangetoond in holografische optische flesstraalvallen. Hun demonstratie, geschetst in een paper gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , zou belangrijke implicaties kunnen hebben voor de toekomstige realisatie van kwantumsimulaties.

In hun studie hebben de onderzoekers gebruikten lasergekoelde atomen die één voor één gemanipuleerd kunnen worden. Door lasergekoelde atomen individueel te manipuleren, kunnen kunstmatige, volledig gecontroleerde systemen geïnspireerd door vastestoffysica, het bereiken van wat een kwantumsimulatie wordt genoemd.

Kwantumsimulaties kunnen worden uitgevoerd met experimentele platforms, inclusief ingesloten ionen en supergeleidende qubits. De aanpak van dit onderzoeksteam omvat het gebruik van neutrale atomen die zijn opgesloten in microscopische optische vallen (d.w.z. optische pincet), die worden aangezet tot interactie door ze te prikkelen tot zeer opgewonden atomaire niveaus die bekend staan ​​​​als Rydberg-staten.

"Tot dusver, gedurende de korte tijd dat de atomen in de Rydberg-staten zijn, we moesten het optische pincet uitschakelen omdat Rydberg-atomen eigenlijk worden afgestoten door het licht, "Thierry Lahaye, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Dit beperkt de tijd waarin de atomen in de Rydberg-niveaus kunnen worden gehouden tot slechts enkele microseconden, omdat de atomen wegvliegen van de vangpositie. Onze studie maakte het deze keer mogelijk om aanzienlijk uit te breiden, door de atomen op te sluiten, zelfs als ze zich in een Rydberg-staat bevinden."

Omdat Rydberg-atomen worden afgestoten door licht, Lahaye en zijn collega's vormden hun laserstraal op zo'n manier dat een donker gebied omringd door licht in alle richtingen precies verscheen waar elk afzonderlijk atoom zich bevond, net nadat ze waren geëxciteerd tot het Rydberg-niveau. Deze zogenaamde 'bottle-beam' is gemaakt met behulp van een diffractief element dat bekend staat als een ruimtelijke lichtmodulator (SLM), die met een computer kan worden bestuurd.

Dankzij deze procedure konden de onderzoekers de tijd verlengen gedurende welke de atomen in een Rydberg-staat konden worden gebruikt voor kwantumsimulatie. Hoewel flessenbundels eerder zijn gebruikt in verschillende andere natuurkundige onderzoeken, dit is de eerste keer dat ze specifiek werden gebruikt om individuele Rydberg-atomen op te sluiten.

"Met deze vangst, de tijd waarin we onze Rydberg-atomen konden behouden, werd verlengd tot enkele honderden microseconden (meestal een 40-voudige verbetering), alleen beperkt door de natuurlijke levensduur van de Rydberg-niveaus, Lahaye legde uit. "Een belangrijk kenmerk van het schema is dat het compatibel is met het doel van kwantumsimulatie, iets wat we hebben gecontroleerd door twee atomen tegelijkertijd in twee verschillende vallen te vangen en te meten of ze op precies dezelfde manier op elkaar inwerken als zonder een val - zij het voor een veel langere tijd, natuurlijk."

In de toekomst, de op flessenbundel gebaseerde methode die door Lahaye en zijn collega's wordt gebruikt, zou zeer nuttig kunnen zijn in zowel kwantumsimulaties als kwantumlogische bewerkingen met Rydberg-atomen, het verbeteren van hun precisie bij het reproduceren van fysieke systemen. De onderzoekers zijn nu van plan om verdere studies uit te voeren om mogelijke toepassingen van bottle beam traps te onderzoeken.

"Een natuurlijke voortzetting van dit werk zou zijn om verder te gaan dan dit bewijs van principe en grote reeksen van dergelijke flessenbundelvallen te maken, met veel atomen, om een ​​echt kwantumsimulatie-experiment uit te voeren terwijl u profiteert van de langere vangtijd, ' zei Lahaye.

© 2020 Wetenschap X Netwerk