Um grupo de pesquisadores da Rússia, A Alemanha e o Irã desenvolveram métodos computacionais para uma teoria que descreve o comportamento de átomos e íons frios em armadilhas ópticas e eletromagnéticas. Esses métodos podem permitir a modelagem com sistemas quânticos completamente controlados de processos complexos em física de estado sólido e física de alta energia. Outras aplicações possíveis incluem o projeto de elementos de um computador quântico e um relógio atômico ultrapreciso baseado em átomos e íons ultracold aprisionados. Os resultados foram publicados em Revisão Física E .

Em temperaturas ultrabaixas, átomos se movem a uma velocidade muito baixa, que permite aos pesquisadores conduzir experimentos de alta precisão. Contudo, para interpretar e planejar os experimentos, cálculos teóricos são necessários. O Dr. Vladimir Melezhik, da RUDN University, está empenhado em cálculos de fenômenos ressonantes e processos de colisão em gases quânticos ultracold. O gás quântico é retido em temperaturas ultrabaixas em uma armadilha óptica formada por feixes de laser especialmente ajustados. A técnica experimental torna possível controlar e ajustar os parâmetros de tais sistemas quânticos:o número de partículas, sua composição de spin, temperatura, e a interação efetiva entre os átomos. Contudo, a descrição quantitativa dos processos é significativamente complicada pelo fato de que, em tais sistemas, os átomos interagem não apenas uns com os outros, mas também com a armadilha.

Vladimir Melezhik e seus co-autores se concentram em armadilhas atômicas e iônicas, que têm a forma de charutos altamente alongados e são semelhantes aos guias de ondas usados ​​para a transmissão de ondas eletromagnéticas. Os pesquisadores há muito tempo estudam a propagação da radiação eletromagnética em guias de ondas, e desenvolveram métodos eficazes de cálculo. Contudo, uma teoria quantitativa que poderia descrever processos ultracold em guias de ondas atômicas e iônicas ainda está em desenvolvimento.

"A armadilha adiciona complexidade ao problema. No espaço livre, não há direções preferidas. Essa circunstância torna possível reduzir o problema quântico seis-dimensional de dois corpos de dois átomos em colisão a um problema unidimensional. Este é o principal problema da mecânica quântica, descrito em livros didáticos. Contudo, na armadilha atômica, devido ao aparecimento de uma direção preferida, a simetria é violada, o que torna impossível reduzir o problema a unidimensional. Em certos casos, o problema pode ser reduzido à equação de Schrödinger bidimensional. Contudo, na maioria dos casos interessantes, torna-se necessário integrar a equação de Schrödinger em dimensões superiores. Para resolver esta classe de problemas, é preciso desenvolver métodos computacionais especiais e usar computadores poderosos. Conseguimos fazer um progresso significativo nesta passagem, "disse o autor Vladimir Melezhik.

Ao alterar os parâmetros da armadilha, os pesquisadores podem controlar a intensidade das interações interatômicas eficazes, da atração super forte à repulsão super forte de átomos. Isso torna possível simular vários fenômenos quânticos críticos usando átomos aprisionados em ultracold.

"Uma das áreas de nosso trabalho é um estudo numérico de sistemas quânticos ultracold usando armadilhas de íons atômicos híbridos, oferecendo novas possibilidades para modelar alguns processos reais da física do estado sólido, elementos de computação quântica e pesquisa de física de precisão, "concluiu o cientista.