I ricercatori della Light-Matter Interactions for Quantum Technologies Unit dell'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) hanno generato atomi di Rydberg, atomi eccitati insolitamente grandi, vicino a fibre ottiche sottilissime. Le loro scoperte, pubblicato di recente in Ricerca sulla revisione fisica , segnare i progressi verso una nuova piattaforma per l'elaborazione delle informazioni quantistiche, che ha il potenziale per rivoluzionare le scoperte di materiali e farmaci e fornire una comunicazione quantistica più sicura.

A causa della loro straordinaria suscettibilità ai campi elettrici e magnetici, Gli atomi di Rydberg hanno a lungo stuzzicato gli interessi dei fisici. Utilizzato in combinazione con nanofibre ottiche, questi atomi ipersensibili potrebbero svolgere un ruolo strumentale in nuovi tipi di dispositivi quantistici scalabili. Però, Gli atomi di Rydberg sono notevolmente difficili da controllare.

"L'obiettivo principale dello studio era portare gli atomi di Rydberg in prossimità delle nanofibre, " disse Krishnapriya Subramonian Rajasree, un dottorato di ricerca studente dell'OIST e primo autore dello studio. "Questa configurazione crea un nuovo sistema per studiare le interazioni tra gli atomi di Rydberg e le superfici di nanofibre".

Atomi insoliti

Per svolgere le loro ricerche, gli scienziati hanno utilizzato un dispositivo chiamato trappola magneto-ottica per catturare un gruppo di atomi di rubidio (Rb). Hanno ridotto la temperatura degli atomi a circa 120 microKelvin, frazioni di grado sopra lo zero assoluto e hanno fatto scorrere una nanofibra attraverso la nuvola atomica.

Quindi, gli scienziati hanno eccitato gli atomi di Rb in uno stato di Rydberg più energico, utilizzando un raggio di luce di 482 nm che viaggia attraverso la nanofibra. Questi atomi di Rydberg, che si è formato intorno alla superficie delle nanofibre, sono di dimensioni maggiori rispetto alle loro controparti ordinarie. Quando gli elettroni degli atomi acquistano energia, si allontanarono dal nucleo atomico, creando atomi più grandi. Questa dimensione insolita aumenta la sensibilità degli atomi al loro ambiente e alla presenza di altri atomi di Rydberg.

Attraverso il loro esperimento, gli scienziati hanno portato gli atomi di Rydberg a pochi nanometri dalla nanofibra ottica, consentendo una maggiore interazione tra gli atomi e la luce che viaggia nella nanofibra. A causa delle loro proprietà anormali, gli atomi di Rydberg sono sfuggiti alla trappola magneto-ottica. Gli scienziati sono stati in grado di comprendere gli aspetti del comportamento degli atomi di Rydberg esaminando come la perdita di atomi dipendesse dalla potenza e dalla lunghezza d'onda della luce.

La capacità di utilizzare la luce che viaggia in una nanofibra ottica per eccitare e quindi controllare gli atomi di Rydberg può aiutare a spianare la strada a metodi di comunicazione quantistica, annunciando anche progressi incrementali verso l'informatica quantistica, hanno detto gli scienziati.

"Comprendere le interazioni tra la luce e gli atomi di Rydberg è cruciale, " ha detto il dottor Jesse Everett, uno studioso post-dottorato presso l'OIST e coautore dello studio. "Sfruttare questi atomi potrebbe consentire l'instradamento sicuro dei segnali di comunicazione utilizzando quantità molto piccole di luce".

Andando avanti, i ricercatori sperano di studiare ulteriormente le proprietà degli atomi di Rydberg in combinazione con le nanofibre ottiche. Negli studi futuri, intendono guardare gli atomi di Rydberg che sono ancora più grandi di dimensioni, per esplorare le possibilità e i limiti di questo sistema.