septembre 27, 2022

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Exploiter les électrons pour créer des dimensions synthétiques

La dimension compositionnelle est un degré de liberté codé dans un ensemble d’états internes ou externes qui peuvent simuler le mouvement d’une particule dans un potentiel de réseau dans l’espace réel. Ce sont des outils puissants pour la simulation quantique, et ils ouvrent des possibilités passionnantes.

Récemment, des physiciens de Université du riz Ils ont découvert comment contrôler les électrons dans les atomes géants de Rydberg avec une telle précision qu’ils peuvent créer des dimensions structurelles. Des physiciens ont mis au point une méthode pour concevoir les états de Rydberg d’atomes de strontium ultra-froids en appliquant des champs électriques micro-ondes résonnants pour relier plusieurs états ensemble.

Avec un contrôle précis et flexible du mouvement des électrons, le groupe peut combiner des niveaux de Rydberg similaires dans des comportements qui imitent des aspects de matériaux réels.

L’atome de Rydberg est un atome excité à un niveau d’énergie élevé. Ils ont de nombreux niveaux d’énergie quantique régulièrement espacés. Cela permet à l’électron hautement excité de passer d’un niveau à un autre.

Caden Hazzard du département de physique et d’astronomie de l’Université Rice a déclaré : « Dans une expérience typique de physique au lycée, on peut voir des lignes d’émission lumineuse d’atomes qui correspondent à des transitions d’un niveau d’énergie à un autre. On peut le voir même avec un spectrophotomètre très primitif : un Prisme! « 

« Ce qui est nouveau ici, c’est que nous considérons chaque niveau comme un emplacement dans l’espace. En envoyant différentes longueurs d’onde de lumière, nous pouvons coupler les niveaux. Nous pouvons faire en sorte que les niveaux ressemblent à des particules se déplaçant entre des emplacements dans l’espace. »

« Il est difficile de faire cela avec de la lumière – ou une nano-longueur d’onde un rayonnement électromagnétique -, mais nous travaillons avec des longueurs d’onde millimétriques, ce qui facilite techniquement la création de couplages. « 

Le physicien du riz Tom Killian a déclaré : « Nous pouvons mettre en place les interactions, la façon dont les particules se déplacent et capturer toute la physique importante d’un système plus complexe. »

« La chose vraiment excitante, c’est quand nous rassemblons plusieurs atomes de Rydberg pour former des molécules en interaction dans cet espace artificiel. Avec cela, nous pourrons faire de la physique que nous ne pouvons pas simuler sur un ordinateur classique car cela devient complexe très rapidement. »

Les scientifiques ont démontré leur méthode en réalisant un réseau 1D connu sous le nom de système Su-Schrieffer-Heeger. Pour y parvenir, ils ont utilisé des lasers pour refroidir les atomes de strontium et appliqué des micro-ondes en alternance avec des couplages forts et faibles pour légitimer le paysage de l’ingénierie. Un deuxième laser a été utilisé pour activer les molécules dans l’ensemble des états de Rydberg convergents et élevés.

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Kilian a dit, L’expérience a révélé comment les particules se déplacent à travers le réseau 1D ou, dans certains cas, gèlent sur les bords même si elles ont suffisamment d’énergie pour se déplacer. Cela concerne les propriétés des matériaux qui peuvent être décrites en termes de structure.

Étudiante diplômée Soumya Kanungu Il a ditEt le « Utiliser la simulation quantique, c’est un peu comme utiliser une soufflerie pour isoler les effets mineurs mais importants qui vous intéressent entre l’aérodynamique plus complexe d’une voiture ou d’un avion. Cela devient important lorsque le système subit Mécanique quantiqueoù une fois que vous avez plus de deux parties et quelques degrés de liberté, la description de ce qui se passe devient compliquée. »

« Les simulateurs quantiques sont l’un des fruits discrets qui, selon les gens, seront des outils précoces et utiles pour sortir des investissements dans informations quantiques à savoir. Cette expérience combinait des techniques désormais assez courantes dans les laboratoires de physique atomique. « 

« Toutes les technologies sont bien établies. Vous pouvez même imaginer que cela devient une sorte d’expérience de boîte noire que les gens peuvent utiliser parce que les pièces individuelles sont si puissantes. »

Référence de la revue :

  1. Kanungo, SK, Whalen, JD, Lu, Y. et al. Réalisation d’états de bord topologiques avec des dimensions d’atomes de Rydberg synthétiques. Nat Common 13, 972 (2022). EST CE QUE JE: 10.1038 / s41467-022-28550-y