Un gruppo di fisici dell'Università del Wisconsin-Madison ha identificato le condizioni in cui atomi relativamente distanti comunicano tra loro in modi che in precedenza erano stati visti solo in atomi più vicini, uno sviluppo che potrebbe avere applicazioni nell'informatica quantistica.

Le scoperte dei fisici, pubblicato il 14 ottobre sulla rivista Revisione fisica A , aprire nuove prospettive per la generazione di atomi entangled, il termine dato agli atomi che condividono informazioni a grandi distanze, che sono importanti per le comunicazioni quantistiche e lo sviluppo dei computer quantistici.

"Costruire un computer quantistico è molto difficile, quindi un approccio è quello di costruire moduli più piccoli che possano parlare tra loro, "dice Deniz Yavuz, un professore di fisica UW-Madison e autore senior dello studio. "Questo effetto che stiamo vedendo potrebbe essere utilizzato per aumentare la comunicazione tra questi moduli".

Lo scenario in questione dipende dall'interazione tra la luce e gli elettroni che orbitano attorno agli atomi. Un elettrone che è stato colpito da un fotone di luce può essere eccitato a uno stato energetico superiore. Ma gli elettroni detestano l'energia in eccesso, quindi lo perdono rapidamente emettendo un fotone in un processo noto come decadimento. I fotoni rilasciati dagli atomi hanno meno energia di quelli che hanno potenziato l'elettrone, lo stesso fenomeno che fa sì che alcune sostanze chimiche diventino fluorescenti, o qualche medusa per avere un anello verde brillante.

"Ora, il problema diventa molto interessante se hai più di un atomo, " dice Yavuz. "La presenza di altri atomi modifica il decadimento di ciascun atomo; parlano tra di loro".

Se un singolo atomo decade in un secondo, Per esempio, quindi un gruppo dello stesso tipo di atomo può decadere in meno o più di un secondo. I tempi dipendono dalle condizioni, ma tutti gli atomi decadono alla stessa velocità, o più velocemente o più lentamente. Finora, questo tipo di correlazione è stato osservato solo se gli atomi si trovano a circa una lunghezza d'onda dalla luce emessa l'uno dall'altro. Per gli atomi di rubidio, utilizzato da Yavuz e dai suoi colleghi, significa entro 780 nanometri, proprio al confine tra la lunghezza d'onda della luce rossa e infrarossa.

Gli scienziati volevano vedere come maggiori distanze tra gli atomi avrebbero influenzato il decadimento degli atomi di rubidio. Se l'idea prevalente fosse corretta, quindi due atomi di rubidio più distanti di 780 nanometri agirebbero come singoli atomi, ciascuno dando il caratteristico profilo di decadimento a singolo atomo.

Nei loro esperimenti, hanno prima immobilizzato un gruppo di atomi di rubidio raffreddandoli al laser fino a poco sopra lo zero assoluto, la temperatura alla quale cessa il moto atomico. Quindi, hanno puntato un laser alla lunghezza d'onda di eccitazione del rubidio per energizzare gli elettroni, che decadono emettendo un fotone ai caratteristici 780 nm. Potrebbero quindi misurare l'intensità di quel fotone emesso nel tempo e confrontarlo con il profilo di decadimento di un singolo atomo di rubidio.

"Nel nostro caso, abbiamo mostrato che gli atomi possono essere fino a cinque volte la lunghezza d'onda, e tuttavia questi effetti di gruppo sono pronunciati:il decadimento può essere più veloce che se l'atomo fosse lì da solo, o più lento, " Yavuz dice. "La seconda cosa che abbiamo mostrato è, se osservi la dinamica temporale del decadimento, può iniziare velocemente e poi rallentare. si commuta, e quell'interruttore non era mai stato visto prima."

Con queste nuove intuizioni sulla costruzione di correlazioni tra atomi, Yavuz e il suo gruppo di ricerca stanno esaminando le applicazioni di calcolo quantistico delle loro scoperte. Stanno studiando quali condizioni sperimentali portano a diversi tipi di stati correlati, che può portare all'entanglement e alla trasmissione efficiente di informazioni quantistiche.