Aprovechamiento de electrones para hacer dimensiones sintéticas.

Una dimensión sintética es un grado de libertad codificado en un conjunto de estados internos o externos que pueden imitar el movimiento de una partícula en un potencial de red espacial real. Son poderosas herramientas para la simulación cuántica, que abren interesantes posibilidades.

Recientemente, los físicos universidad de arroz descubrió cómo controlar los electrones en los átomos gigantes de Rydberg con tal precisión que pueden crear dimensiones sintéticas. Los físicos han desarrollado un método para proyectar los estados de Rydberg de átomos de estroncio ultrafríos mediante la aplicación de campos eléctricos resonantes de microondas para acoplar muchos estados.

Mediante el control preciso y flexible del movimiento del electrón, el grupo pudo acoplar niveles de Rydberg similares a redes de formas que simulan aspectos de materiales reales.

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

Kaden Hazzard del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Rice dijo: “En un experimento de física típico de la escuela secundaria, puedes ver líneas de emisión de luz de los átomos que corresponden a transiciones de un nivel de energía a otro. Incluso puedes ver esto con un espectrómetro 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 acoplar niveles. Podemos hacer que los niveles parezcan partículas que se mueven entre ubicaciones en el espacio”.

“Esto es difícil de hacer con longitudes de onda de luz o nanométricas. radiación electromagnética – pero estamos trabajando con longitudes de onda milimétricas, lo que hace que sea técnicamente mucho más fácil generar 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 mucho más complicado”.

“Lo realmente emocionante será cuando reunamos varios átomos de Rydberg para crear partículas interactivas en este espacio sintético. Con esto, podremos hacer física que no podemos simular en una computadora clásica porque se complica muy rápido”.

Los científicos demostraron su técnica realizando una red 1D conocida como el sistema Su-Schrieffer-Heeger. Para hacer esto, usaron láseres para enfriar los átomos de estroncio y aplicaron microondas alternando acoplamientos débiles y fuertes para crear la escena de ingeniería legítima. Los segundos láseres se utilizaron para revigorizar las moléculas del complejo de estados acoplados y elevados de Rydberg.

Killian dijo: “El experimento reveló cómo las partículas se mueven a través de la red 1D o, en algunos casos, se congelan en los bordes, aunque tengan suficiente energía para moverse. Esto se refiere a las propiedades del material que se pueden describir en términos de topología”.

Estudiante de posgrado Soumya Kanungo él dijo, “Usar un simulador cuántico es como usar un túnel de viento para aislar los efectos pequeños pero importantes que le interesan entre la aerodinámica más complicada de un automóvil o un avión. Esto se vuelve importante cuando el sistema está gobernado por mecánica cuánticadonde una vez que obtienes más que unas pocas partículas y unos pocos grados de libertad, se vuelve complicado describir lo que está pasando”.

“Los simuladores cuánticos son una de las frutas más fáciles que la gente piensa que serán herramientas útiles y tempranas para dejar de invertir en información cuántica Ciencia. Este experimento combinó técnicas que ahora son bastante comunes en los laboratorios que estudian física atómica”.

“Todas las tecnologías están bien establecidas. Incluso se podría concebir que se convierta casi en un experimento de caja negra que la gente podría usar porque las piezas individuales son muy sólidas”.

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). DUELE: 10.1038/s41467-022-28550-y