Investigadores del CNRS, La Université Paris-Saclay en Francia ha demostrado recientemente la captura tridimensional de átomos en un estado de Rydberg dentro de trampas de haz de botella óptica holográfica. Su demostración, esbozado en un artículo publicado en Cartas de revisión física , podría tener implicaciones importantes para la realización futura de simulaciones cuánticas.

En su estudio, los investigadores utilizaron átomos enfriados por láser que pueden manipularse uno por uno. La manipulación de átomos enfriados por láser de forma individual permite la creación de sistemas totalmente controlados inspirados en la física del estado sólido, lograr lo que se conoce como simulación cuántica.

Las simulaciones cuánticas se pueden realizar con plataformas experimentales, incluyendo iones atrapados y qubits superconductores. El enfoque adoptado por este equipo de investigación implica el uso de átomos neutros atrapados en trampas ópticas microscópicas (es decir, pinzas ópticas), que son impulsados ​​a interactuar excitándolos a niveles atómicos altamente excitados conocidos como estados de Rydberg.

"Hasta aquí, durante el corto tiempo que los átomos están en los estados de Rydberg, tuvimos que apagar las pinzas ópticas porque los átomos de Rydberg en realidad son repelidos por la luz, "Thierry Lahaye, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Esto limita el tiempo durante el cual los átomos pueden mantenerse en los niveles de Rydberg a solo unos pocos microsegundos, porque los átomos vuelan lejos de la posición de atrapamiento. Nuestro estudio permitió ampliar considerablemente este tiempo, atrapando los átomos incluso cuando están en un estado de Rydberg ".

Como los átomos de Rydberg son repelidos por la luz, Lahaye y sus colegas dieron forma a su rayo láser de tal manera que una región oscura rodeada de luz en todas las direcciones apareció exactamente donde estaba ubicado cada átomo individual justo después de que se excitaron al nivel de Rydberg. Este llamado 'haz de botella' se creó utilizando un elemento difractivo conocido como modulador de luz espacial (SLM), que se puede controlar mediante una computadora.

Este procedimiento permitió a los investigadores prolongar el tiempo durante el cual los átomos en un estado de Rydberg podrían usarse para la simulación cuántica. Si bien las vigas de botella se han utilizado anteriormente en varios otros estudios de física, esta es la primera vez que se utilizaron específicamente para confinar átomos de Rydberg individuales.

"Con esta trampa, el tiempo durante el cual pudimos mantener nuestros átomos de Rydberg se extendió a varios cientos de microsegundos (generalmente una mejora de 40 veces), sólo limitado por la vida útil natural de los niveles de Rydberg, "Lahaye explicó." Una característica importante del esquema es que es compatible con el objetivo de la simulación cuántica, algo que verificamos atrapando simultáneamente dos átomos en dos trampas diferentes y midiendo si interactuaban exactamente de la misma manera que lo harían en ausencia de una trampa, aunque durante mucho más tiempo, por supuesto."

En el futuro, El método basado en haces de botella utilizado por Lahaye y sus colegas podría resultar muy útil tanto en simulaciones cuánticas como en operaciones de lógica cuántica que involucran átomos de Rydberg. mejorando su precisión en la reproducción de sistemas físicos. Los investigadores ahora planean realizar más estudios para investigar las posibles aplicaciones de las trampas de haz de botella.

"Una continuación natural de este trabajo sería ir más allá de esta prueba de principio y crear grandes conjuntos de trampas de haz de botella de este tipo, con muchos átomos, para realizar un experimento de simulación cuántica real mientras se beneficia del tiempo de captura extendido, "Dijo Lahaye.

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