Átomos gigantes ‘presos’ para o tempo recorde à temperatura ambiente

Átomos gigantes acabaram de aumentar como candidatos a fazer o melhor Simuladores quânticos e computadores, como os pesquisadores os controlavam por um longo tempo sem precedentes para um experimento de temperatura ambiente.

Pegue um átomo, ajuste suas propriedades quânticas com pulsos eletromagnéticos ou luz a laser – alterando as energias de seus elétrons – e você pode usá -lo para codificar informações. Faça isso com milhares de átomos e você tem um computador quântico ou um simulador para materiais quânticos exóticos. No entanto, depois de um tempo, os átomos podem alterar espontaneamente seu estado, o que introduz erros. Eles são apenas controláveis ​​e, portanto, úteis, durante uma “vida útil” finita, que anteriormente period no máximo 1400 segundos para experimentos de temperatura ambiente. Os cientistas foram capazes de prender os átomos por mais tempo, mas essas abordagens exigiram que toda a configuração seja colocado em uma geladeira gigante, posando de desafios logísticos.

Zhenpu Zhang e Cindy Regal Na Universidade do Colorado, Boulder e seus colegas agora quebraram esse registro de temperatura ambiente. Eles usaram Átomos de Rydbergque são superdimensionados em diâmetro porque alguns de seus elétrons estão longe de seus núcleos. A equipe carregou os átomos em um recipiente que havia sido esvaziado de todas as partículas de ar que poderiam perturbá -los, depois agarrou cada átomo com lasers ou “pinças ópticas”Esta é uma maneira padrão de controlar os átomos de Rydberg, que são extremamente sensíveis aos campos eletromagnéticos e luz.

Os pesquisadores também adicionaram uma camada de cobre aos lados do recipiente e depois resfriaram o revestimento a -269 ° C (-452 ° F). Isso protegeu os átomos do calor, que podem mudar seus estados. Além disso, Zhang diz que todas as partículas de ar perdidas ficaram presas no revestimento de cobre, semelhante a como as gotículas de água quente condensam em uma superfície fria, melhorando assim o vácuo dentro do recipiente. Consequentemente, a equipe pode manter os átomos presos e bem controlados por cerca de 50 minutos-3000 segundos, ou aproximadamente duas vezes mais que experimentos anteriores semelhantes.

Zhang começou a construir essa configuração há cerca de cinco anos a partir de quase arranhões, diz Regal. “Isso é como uma reformulação whole de como você pensa em fazer esses experimentos”, diz ela.

Clément Sayrin no Laboratório Kastler Brossel, na França, diz que a nova abordagem pode possibilitar manipular mais átomoso que aumentaria o poder computacional de qualquer computador ou simulador feito deles. “Três mil segundos é muito longo. Você precisa trabalhar duro para ter essas longas vidas para esses átomos”, diz ele. No entanto, ter mais átomos na câmara também significaria ter que usar mais lasers para controlá -los, o que poderia diminuir a vida útil dos átomos, para que mais Os desafios de engenharia permanecemdiz Sayrin.