Eingefangene Rydberg-Atome können als Sch altungselemente für Quantencomputer dienen.
Physiker der University of Michigan haben eine fortschrittliche Falle für Rydberg-Atome entwickelt und getestet. Eines der Elektronen in der äußeren Hülle von Rydberg-Atomen befindet sich in einem hoch angeregten Zustand, das Atom ist nahezu ionisiert und kann tausendmal größer sein als seine Gegenstücke im Grundzustand.
Infolgedessen können die Wechselwirkungskräfte zwischen Rydberg-Atomen etwa eine Million Mal größer sein als zwischen gewöhnlichen. Deshalb können sie als Elemente schneller Quantensch altkreise dienen.
Die Gruppe von Georg Raithel, Professor am Department of Physics an der University of Michigan, hielt Rydberg-Atome in einer Struktur namens "optisches Gitter", die aus der Interferenz von Laserstrahlen resultiert.
„Ein optisches Gitter ist die beste Falle für Rydberg-Atome, wenn es um Quantencomputer oder hochpräzise Spektroskopie geht“, sagt Reitel. „Im Vergleich zu anderen Arten von Fallen minimieren optische Gitter Energieniveauverschiebungen in Atomen, was für Anwendungen in diesen Bereichen wichtig ist.“
In ihrer Studie verwendeten die Wissenschaftler Rubidium-Atome, die sich ursprünglich im Grundzustand befanden. Bei Raumtemperatur bewegten sich diese Atome mit transsonischer Geschwindigkeit, bis sie Kühllasern ausgesetzt wurden, die sie auf 10 Zentimeter pro Sekunde verlangsamten.
Die gleichzeitige Einwirkung von Kühllasern und einem Magnetfeld ermöglichte es, Atome einzufangen, die sich im Grundzustand befanden und später in den Rydberg-Zustand angeregt wurden.
Es gibt nur ein Elektron im äußeren Energieniveau des Rubidiumatoms. Mithilfe von Lasern mit genau abgestimmten Parametern brachten die Forscher dieses Elektron in einen angeregten Zustand und vergrößerten den Abstand zum Atomkern um den Faktor 100, wodurch es möglich wurde, dieses Atom als Rydberg-Atom zu klassifizieren.
Das Valenzelektron begann sich in diesem Fall fast wie ein freies zu verh alten. Gewöhnliche Elektronen, die dem Kern nahe sind, "beachten" praktisch keine äußeren elektromagnetischen Felder - der Einfluss des Kerns ist zu starko. Aber im Fall eines Rydberg-Atoms stellte sich heraus, dass das Valenzelektron, das mit dem optischen Gitter wechselwirkt, "eingefangen" wurde. Gleichzeitig zwang die Stärke der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen dem Kern und diesem Elektron das gesamte Atom dazu, gefangen zu bleiben.
Um die Wechselwirkung von Rydberg-Atomen mit einem optischen Gitter zu untersuchen, nutzten Physiker die Methode der Mikrowellenspektroskopie. Die Forscher glauben, dass sie durch die Überwachung des Verh altens der Atome während des Experiments die Leistung der Falle optimieren können.
Laut Pressemitteilung der University of Michigan
