Aprovechamiento de electrones para crear dimensiones sintéticas

La dimensión compositiva es un grado de libertad codificado en un conjunto de estados internos o externos que pueden simular el movimiento de una partícula en un potencial de red en el espacio real. Son herramientas poderosas para la simulación cuántica y abren posibilidades emocionantes.

Recientemente, los físicos de Universidad de arroz Descubrieron cómo controlar los electrones en los átomos gigantes de Rydberg con tal precisión que pueden crear dimensiones estructurales. Los físicos han desarrollado un método para diseñar los estados de Rydberg de átomos de estroncio ultrafríos mediante la aplicación de campos eléctricos de microondas resonantes para unir varios estados.

Con un control preciso y flexible del movimiento de los electrones, el grupo puede combinar niveles similares de Rydberg en comportamientos que imitan aspectos de materiales reales.

El átomo de Rydberg es un átomo excitado a un alto nivel de energía. Tienen muchos niveles de energía cuántica regularmente espaciados. Esto permite que el electrón altamente excitado se mueva de un nivel a otro.

Caden Hazzard del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Rice dijo: «En un experimento de física típico de la escuela secundaria, uno puede ver líneas de emisión de luz de los átomos que corresponden a transiciones de un nivel de energía a otro. Uno puede ver esto incluso con un espectrofotómetro muy primitivo: un Prisma! «

«Lo nuevo aquí es que pensamos en cada nivel como una ubicación en el espacio. Al enviar diferentes longitudes de onda de luz, podemos emparejar los niveles. Podemos hacer que los niveles parezcan partículas que se mueven entre ubicaciones en el espacio».

«Es difícil hacer esto con luz, o con una nanolongitud de onda radiación electromagnética -, pero trabajamos con longitudes de onda milimétricas, lo que técnicamente facilita mucho la creación de acoplamientos. «

El físico de Rice, Tom Killian, dijo: «Podemos configurar las interacciones, la forma en que se mueven las partículas y capturar toda la física importante de un sistema más complejo».

«Lo realmente emocionante será cuando reunamos varios átomos de Rydberg para formar moléculas que interactúan en este espacio artificial. Con esto, podremos hacer física que no podemos simular en una computadora clásica porque se vuelve compleja muy rápidamente». ”

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Los científicos demostraron su tecnología al realizar una red 1D conocida como el sistema Su-Schrieffer-Heeger. Para lograr esto, utilizaron láseres para enfriar los átomos de estroncio y aplicaron microondas alternando con acoplamientos fuertes y débiles para legitimar el panorama de la ingeniería. Se utilizó un segundo láser para activar las moléculas al conjunto de estados convergentes y elevados de Rydberg.

Kilian dijo, El experimento reveló cómo las partículas se mueven a través de la red 1D o, en algunos casos, se congelan en los bordes a pesar de que tienen suficiente energía para moverse. Esto se relaciona con las propiedades de los materiales que se pueden describir en términos de estructura”.

Estudiante de posgrado Soumya Kanungu Él dijoY el «Usar la simulación cuántica es un poco como usar un túnel de viento para aislar los efectos pequeños pero importantes que le interesan entre la aerodinámica más compleja de un automóvil o un avión. Esto se vuelve importante cuando el sistema se somete a Mecánica cuánticadonde una vez que tienes más de dos partes y unos pocos grados de libertad, la descripción de lo que está pasando se vuelve complicada».

“Los simuladores cuánticos son una de las frutas discretas que la gente piensa que serán herramientas tempranas y útiles para salir de las inversiones en Información cuantitativa saber. Este experimento combinó técnicas que ahora son bastante estándar en los laboratorios que estudian física atómica. «

«Todas las tecnologías están bien establecidas. Incluso puedes imaginar que esto se convierte en una especie de experiencia de caja negra que la gente puede usar porque las piezas individuales son muy poderosas».

Referencia de la revista:

  1. Kanungo, SK, Whalen, JD, Lu, Y. et al. Realización de estados de borde topológicos con dimensiones sintéticas de átomos de Rydberg. Nat Common 13, 972 (2022). DOI: 10.1038 / s41467-022-28550-y
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