Imagem 1:este corte 2D através do feixe da garrafa mostra a distribuição da intensidade da luz em torno da região central escura:um tem uma espécie de 'tubo' de luz, conectado por duas 'rolhas' ao longo do eixo (a distribuição completa é cilíndrica simétrica em torno do eixo horizontal). Crédito:Barredo et al.
Pesquisadores do CNRS, A Université Paris-Saclay, na França, demonstrou recentemente o aprisionamento 3-D de átomos em um estado Rydberg dentro de armadilhas ópticas de feixe de garrafas holográficas. Sua demonstração, descrito em um artigo publicado em Cartas de revisão física , pode ter implicações importantes para a realização futura de simulações quânticas.
Em seu estudo, os pesquisadores usaram átomos resfriados a laser que podem ser manipulados um a um. Manipular átomos resfriados a laser individualmente permite a criação de átomos sistemas totalmente controlados inspirados na física do estado sólido, alcançar o que é conhecido como simulação quântica.
Simulações quânticas podem ser realizadas com plataformas experimentais, incluindo íons presos e qubits supercondutores. A abordagem adotada por esta equipe de pesquisa envolve o uso de átomos neutros presos em armadilhas ópticas microscópicas (ou seja, pinças ópticas), que são estimulados a interagir estimulando-os a níveis atômicos altamente excitados, conhecidos como estados de Rydberg.
"Até aqui, durante o curto período de tempo, os átomos estão nos estados de Rydberg, tivemos que desligar as pinças ópticas porque os átomos de Rydberg são realmente repelidos pela luz, "Thierry Lahaye, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse a Phys.org. "Isso limita o tempo durante o qual os átomos podem ser mantidos nos níveis de Rydberg a apenas alguns microssegundos, porque os átomos voam para longe da posição de aprisionamento. Nosso estudo tornou possível estender consideravelmente desta vez, prendendo os átomos, mesmo quando eles estão em um estado Rydberg. "
Como os átomos de Rydberg são repelidos pela luz, Lahaye e seus colegas moldaram seu feixe de laser de tal forma que uma região escura cercada por luz em todas as direções apareceu exatamente onde cada átomo individual estava localizado logo após eles serem excitados ao nível de Rydberg. Este chamado 'feixe de garrafa' foi criado usando um elemento difrativo conhecido como modulador de luz espacial (SLM), que pode ser controlada por meio de um computador.
Este procedimento permitiu aos pesquisadores prolongar o tempo durante o qual os átomos em um estado de Rydberg poderiam ser usados para simulação quântica. Embora as vigas de garrafa tenham sido usadas anteriormente em vários outros estudos de física, esta é a primeira vez que eles foram usados especificamente para confinar átomos de Rydberg individuais.
"Com esta armadilha, o tempo durante o qual poderíamos manter nossos átomos de Rydberg foi estendido para várias centenas de microssegundos (normalmente uma melhoria de 40 vezes), apenas limitado pela vida natural dos níveis de Rydberg, "Lahaye explicou." Uma característica importante do esquema é que ele é compatível com o objetivo da simulação quântica, algo que verificamos prendendo simultaneamente dois átomos em duas armadilhas diferentes e medindo se eles interagiam exatamente da mesma maneira que fariam na ausência de uma armadilha - embora por um tempo muito mais longo, claro."
No futuro, o método baseado em feixe de garrafa usado por Lahaye e seus colegas pode ser muito útil em simulações quânticas e operações de lógica quântica envolvendo átomos de Rydberg, aumentando sua precisão na reprodução de sistemas físicos. Os pesquisadores agora estão planejando realizar mais estudos para investigar as aplicações potenciais de armadilhas de vigas para garrafas.
"Uma continuação natural deste trabalho seria ir além desta prova de princípio e criar grandes matrizes de tais armadilhas de viga de garrafa, com muitos átomos, para realizar um experimento de simulação quântica real enquanto se beneficia do tempo de captura estendido, "Lahaye disse.
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