Wykorzystywanie elektronów do tworzenia wymiarów syntetycznych

Wymiar kompozycyjny to stopień swobody zakodowany w zestawie stanów wewnętrznych lub zewnętrznych, które mogą symulować ruch cząstki w potencjale sieciowym w rzeczywistej przestrzeni. Są potężnymi narzędziami do symulacji kwantowych i otwierają ekscytujące możliwości.

Ostatnio fizycy w Uniwersytet Ryżowy Odkryli, jak kontrolować elektrony w gigantycznych atomach Rydberga z taką precyzją, że mogą tworzyć wymiary strukturalne. Fizycy opracowali metodę inżynierii stanów Rydberga ultrazimnych atomów strontu poprzez zastosowanie rezonansowych mikrofalowych pól elektrycznych do połączenia kilku stanów.

Dzięki precyzyjnej, elastycznej kontroli ruchu elektronów, grupa może łączyć podobne poziomy Rydberga w zachowania, które naśladują aspekty rzeczywistych materiałów.

Atom Rydberga jest atomem wzbudzonym do wysokiego poziomu energii. Mają wiele regularnie rozmieszczonych poziomów energii kwantowej. Pozwala to wysoce wzbudzonemu elektronowi na przemieszczanie się z jednego poziomu na drugi.

Caden Hazzard z Wydziału Fizyki i Astronomii Rice University powiedział: „W typowym eksperymencie fizyki w szkole średniej można zobaczyć linie emisji światła z atomów, które odpowiadają przejściu z jednego poziomu energii na drugi. Można to zobaczyć nawet za pomocą bardzo prymitywnego spektrofotometru: Pryzmat! „

„Nowe jest tutaj to, że myślimy o każdym poziomie jako o lokalizacji w przestrzeni. Wysyłając różne długości fal światła, możemy sparować poziomy. Możemy sprawić, by poziomy wyglądały jak cząsteczki poruszające się między lokalizacjami w przestrzeni”.

„Trudno to zrobić ze światłem – lub nanofalami promieniowanie elektromagnetyczne – ale pracujemy na falach milimetrowych, co technicznie znacznie ułatwia tworzenie sprzęgieł. „

Fizyk ryżu Tom Killian powiedział: „Możemy ustalić interakcje, sposób poruszania się cząstek i uchwycić całą ważną fizykę bardziej złożonego systemu”.

„Naprawdę ekscytującą rzeczą będzie, gdy połączymy wiele atomów Rydberga, aby utworzyć oddziałujące molekuły w tej sztucznej przestrzeni. Dzięki temu będziemy mogli wykonywać fizykę, której nie możemy symulować na klasycznym komputerze, ponieważ bardzo szybko się komplikuje. ”

Naukowcy zademonstrowali swoją metodę, badając sieć 1D znaną jako system Su-Schrieffer-Heeger. Aby to osiągnąć, użyli laserów do chłodzenia atomów strontu i zastosowali mikrofale na przemian z silnymi i słabymi sprzężeniami, aby krajobraz inżynieryjny był uzasadniony. Drugi laser został użyty do aktywacji molekuł do zestawu stanów zbieżnych i podwyższonych Rydberga.

Kilian powiedział: Eksperyment ujawnił, w jaki sposób cząstki poruszają się przez jednowymiarową siatkę lub, w niektórych przypadkach, zamarzają na krawędziach, mimo że mają wystarczająco dużo energii, aby się poruszać. Odnosi się to do właściwości materiałów, które można opisać pod względem struktury.”

Absolwent Soumya Kanungu PowiedziałA „Korzystanie z symulacji kwantowej jest trochę jak użycie tunelu aerodynamicznego do odizolowania małych, ale ważnych efektów, na których ci zależy, między bardziej złożoną aerodynamiką samochodu lub samolotu. Staje się to ważne, gdy system przechodzi Mechanika kwantowagdzie gdy masz więcej niż dwie części i kilka stopni swobody, opis tego, co się dzieje, staje się skomplikowany.”

„Symulatory kwantowe są jednym z mało ważnych owoców, które zdaniem ludzi będą wczesnym i użytecznym narzędziem do wyjścia z inwestycji w informacja kwantowa wiedzieć. Ten eksperyment łączył techniki, które są obecnie dość standardowe w laboratoriach badających fizykę atomową. „

„Wszystkie technologie są dobrze ugruntowane. Możesz nawet wyobrazić sobie, że staje się to rodzajem czarnej skrzynki, z której ludzie mogą korzystać, ponieważ poszczególne elementy są tak potężne. „

Numer czasopisma:

1. Kanungo, SK, Whalen, JD, Lu, Y. et al. Realizacja topologicznych stanów brzegowych z syntetycznymi wymiarami Rydberga-atom. Nat Common 13, 972 (2022). DOI: 10.1038 / s41467-022-28550-y