Использование электронов для создания синтетических измерений

Композиционное измерение — это степень свободы, закодированная в наборе внутренних или внешних состояний, которые могут имитировать движение частицы в потенциале решетки в реальном пространстве. Это мощные инструменты для квантового моделирования, которые открывают захватывающие возможности.

В последнее время физики в Университет Райса Они обнаружили, как управлять электронами в гигантских ридберговских атомах с такой точностью, что они могут создавать структурные размеры. Физики разработали метод создания ридберговских состояний ультрахолодных атомов стронция путем применения резонансных микроволновых электрических полей для связывания нескольких состояний вместе.

Благодаря точному и гибкому управлению движением электронов группа может комбинировать аналогичные уровни Ридберга в поведение, имитирующее аспекты реальных материалов.

Атом Ридберга — это атом, возбужденный до высокого энергетического уровня. Они имеют много регулярно расположенных квантовых энергетических уровней. Это позволяет сильно возбужденному электрону переходить с одного уровня на другой.

Каден Хаззард с факультета физики и астрономии Университета Райса сказал: «В типичном школьном эксперименте по физике можно увидеть линии испускания света атомами, соответствующие переходам с одного энергетического уровня на другой. Это можно увидеть даже с помощью очень примитивного спектрофотометра: призма! «

«Что нового здесь, так это то, что мы думаем о каждом уровне как о месте в пространстве. Посылая разные длины волн света, мы можем спаривать уровни. Мы можем сделать уровни похожими на частицы, перемещающиеся между точками в пространстве».

«Трудно сделать это со светом или с нановолновым излучением. электромагнитное излучение -, но мы работаем с миллиметровыми длинами волн, что технически значительно упрощает создание муфт. «

Физик риса Том Киллиан сказал: «Мы можем настроить взаимодействие, способ движения частиц и зафиксировать всю важную физику более сложной системы».

«По-настоящему интересно, когда мы объединяем несколько ридберговских атомов, чтобы сформировать взаимодействующие молекулы в этом искусственном пространстве. Благодаря этому мы сможем заниматься физикой, которую мы не можем смоделировать на классическом компьютере, потому что она очень быстро усложняется».

Ученые продемонстрировали свой метод, создав одномерную сеть, известную как система Су-Шриффера-Хегера. Чтобы достичь этого, они использовали лазеры для охлаждения атомов стронция и применяли микроволны, чередующиеся с сильными и слабыми связями, чтобы сделать инженерный ландшафт законным. Второй лазер использовался для активации молекул до набора конвергентных и приподнятых ридберговских состояний.

Килиан сказал, Эксперимент показал, как частицы движутся через одномерную решетку или, в некоторых случаях, замирают на краях, даже если у них достаточно энергии для движения. Это относится к свойствам материалов, которые можно описать с точки зрения структуры».

Аспирант Сумья Канунгу Он сказалИ «Использование квантового моделирования немного похоже на использование аэродинамической трубы, чтобы изолировать небольшие, но важные эффекты, которые вас интересуют, между более сложной аэродинамикой автомобиля или самолета. Это становится важным, когда система подвергается Квантовая механикакогда у вас есть более двух частей и несколько степеней свободы, описание того, что происходит, становится сложным».

«Квантовые симуляторы — один из неброских продуктов, которые, по мнению людей, станут ранними и полезными инструментами для выхода из инвестиций в квантовая информация знать. В этом эксперименте сочетались методы, которые в настоящее время являются довольно стандартными в лабораториях, изучающих атомную физику. «

«Все технологии хорошо зарекомендовали себя. Можно даже представить, что это становится своего рода черным ящиком, который люди могут использовать, потому что отдельные части настолько мощны».

Ссылка на журнал:

1. Kanungo, SK, Whalen, JD, Lu, Y. et al. Реализация топологических краевых состояний с размерами синтетического ридберговского атома. Нац Коммон 13, 972 (2022). DOI: 10.1038/с41467-022-28550-у