9 de mayo de 2024Revisado por Lexie Corner
Un grupo de investigadores de los 5th El Instituto de Física de la Universidad de Stuttgart está logrando avances significativos en la simulación cuántica y la computación cuántica basada en átomos de Rydberg. Su estudio fue publicado en la revista. Revisión física X.
Ilustración de un átomo circular de estroncio Rydberg atrapado en unas pinzas ópticas. Crédito de la imagen: Universidad de Stuttgart, Aaron Götzelmann
El uso de átomos neutros en la computación cuántica y en las tecnologías de simulación cuántica se ve obstaculizado por la corta vida útil de los átomos de Rydberg, los componentes básicos de la computación cuántica, pero los estados circulares de Rydberg ofrecen un posible remedio.
Utilizando una variedad de pinzas ópticas, el equipo de investigación ha creado y capturado con éxito por primera vez átomos circulares de Rydberg de un metal alcalinotérreo.
Esto es interesante porque son particularmente estables y pueden prolongar enormemente la vida útil de un bit cuántico. Tienen, por tanto, un gran potencial para el desarrollo de simuladores cuánticos más potentes..
Dr. Florian Meinert, responsable del proyecto y jefe del grupo de investigación junior, 5th Instituto de Física
La importancia de los átomos circulares de Rydberg
Un átomo de Rydberg circular es un tipo de átomo de Rydberg en el que el electrón excitado rodea el núcleo atómico. Estos átomos son más estables y tienen una vida útil más larga que otros estados de Rydberg.
Son, por tanto, candidatos interesantes para su aplicación como qubits. Reconocidos durante mucho tiempo como la base de las investigaciones que ganaron el Premio Nobel, los estados circulares de Rydberg revelan el aspecto cuántico de la interacción luz-materia. Recientemente se ha debatido cada vez más su potencial para la computación cuántica.
Prometedor: estroncio, un metal alcalinotérreo
Como el estroncio ofrece capacidades especiales, se eligió para producir el átomo de Rydberg. El estroncio es un metal alcalinotérreo con dos electrones ópticamente activos. El segundo electrón que orbita alrededor del núcleo atómico puede utilizarse para operaciones cuánticas que ya se conocen a partir de estudios en ordenadores cuánticos de iones después de su creación en el estado circular de Rydberg.
Los científicos produjeron estados circulares de energía extremadamente alta de un isótopo de estroncio a temperatura ambiente, lo que demuestra una vida útil increíblemente larga de hasta 2,55 milisegundos.
-Utilizando las características únicas de una cavidad que absorbe la radiación de fondo del cuerpo negro, pudieron forzar al sensible electrón de Rydberg a ingresar a otros niveles de Rydberg energéticamente adyacentes. Los estados circulares no podrían perdurar mucho tiempo sin este blindaje.
También deben su vida útil más larga a su momento angular máximo, que los protege de la descomposición. Esto significa que los bits cuánticos son más estables y, por tanto, menos susceptibles a errores e interferencias externas..
Christian Hölzl, Ph.D. estudiante, 5th Instituto de Física
Bits cuánticos bajo control
Un componente importante de la investigación fue el control y la manipulación exactos de un bit cuántico de microondas codificado en estados circulares. Gracias a este llamado control coherente, los científicos pudieron mover el qubit entre estados mediante pulsos de microondas sin borrar su información cuántica.
Pudieron determinar con precisión la vida útil del bit cuántico y obtuvieron información crucial sobre su estabilidad a temperatura ambiente. Para que las operaciones cuánticas sean precisas y fiables, es esencial un control eficaz y coherente.
Una amplia gama de aplicaciones
Existen varias oportunidades para ejecutar procesos cuánticos y, en particular, simulaciones cuánticas con átomos circulares de Rydberg.
Tilman Pfau, profesor y director del 5th Instituto de Física, dijo: “Su versatilidad los hace atractivos para una amplia gama de aplicaciones”.
Pfau también es director del Centro suprarregional de Fotónica Cuántica de la Fundación Carl Zeiss, Jena, Stuttgart, Ulm (CZS Center QPhoton).
Los átomos circulares de Rydberg ofrecen oportunidades para un diseño escalable que podría ser útil para construir sistemas masivos de bits cuánticos basados en átomos neutros. Pueden manipularse con precisión y quedar atrapados en pinzas ópticas u otras trampas.
Referencia de la revista:
Hölzl, C., et al. (2024) Qubits Rydberg circulares de larga duración de átomos alcalinotérreos en pinzas ópticas. Revisión física. X. doi.org/10.1103/physrevx.14.021024.
Fuente: https://www.uni-stuttgart.de/en/
