Des chercheurs de l'unité Interactions lumière-matière pour les technologies quantiques de l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) ont généré des atomes de Rydberg, des atomes excités exceptionnellement gros, proches de fibres optiques nanométriques. Leurs découvertes, publié récemment dans Examen physique de la recherche , marquer les progrès vers une nouvelle plate-forme de traitement de l'information quantique, qui a le potentiel de révolutionner les découvertes de matériaux et de médicaments et de fournir une communication quantique plus sécurisée.

En raison de leur extraordinaire sensibilité aux champs électriques et magnétiques, Les atomes de Rydberg ont longtemps piqué l'intérêt des physiciens. Utilisé en conjonction avec des nanofibres optiques, ces atomes hypersensibles pourraient jouer un rôle déterminant dans de nouveaux types de dispositifs quantiques évolutifs. Cependant, Les atomes de Rydberg sont notamment difficiles à contrôler.

"L'objectif principal de l'étude était de rapprocher les atomes de Rydberg des nanofibres, " a déclaré Krishnapriya Subramonian Rajasree, un doctorat étudiant à l'OIST et premier auteur de l'étude. "Cette configuration crée un nouveau système pour étudier les interactions entre les atomes de Rydberg et les surfaces de nanofibres."

Atomes inhabituels

Pour mener à bien leurs recherches, les scientifiques ont utilisé un dispositif appelé piège magnéto-optique pour capturer un amas d'atomes de rubidium (Rb). Ils ont réduit la température des atomes à environ 120 microKelvin, des fractions d'un degré au-dessus du zéro absolu et ont fait passer une nanofibre à travers le nuage d'atomes.

Puis, les scientifiques ont excité les atomes de Rb à un état Rydberg plus énergétique, utilisant un faisceau de lumière de 482 nm traversant la nanofibre. Ces atomes de Rydberg, qui s'est formé autour de la surface des nanofibres, sont de plus grande taille que leurs homologues ordinaires. Lorsque les électrons des atomes ont gagné de l'énergie, ils se sont éloignés du noyau atomique, créer des atomes plus gros. Cette taille inhabituelle augmente la sensibilité des atomes à leur environnement et à la présence d'autres atomes de Rydberg.

A travers leur expérience, les scientifiques ont amené les atomes de Rydberg à quelques nanomètres de la nanofibre optique, permettant une interaction accrue entre les atomes et la lumière voyageant dans la nanofibre. En raison de leurs propriétés anormales, les atomes de Rydberg ont échappé au piège magnéto-optique. Les scientifiques ont pu comprendre certains aspects du comportement des atomes de Rydberg en examinant comment la perte d'atomes dépendait de la puissance et de la longueur d'onde de la lumière.

La capacité d'utiliser la lumière voyageant dans une nanofibre optique pour exciter puis contrôler les atomes de Rydberg peut aider à ouvrir la voie à des méthodes de communication quantique, tout en annonçant des progrès progressifs vers l'informatique quantique, disaient les scientifiques.

"La compréhension des interactions entre la lumière et les atomes de Rydberg est cruciale, " a déclaré le Dr Jesse Everett, chercheur post-doctoral à l'OIST et co-auteur de l'étude. "L'exploitation de ces atomes pourrait permettre le routage sécurisé des signaux de communication en utilisant de très petites quantités de lumière."

Avancer, les chercheurs espèrent approfondir l'étude des propriétés des atomes de Rydberg en conjonction avec des nanofibres optiques. Dans les études futures, ils ont l'intention de regarder des atomes de Rydberg qui sont encore plus gros, explorer les possibilités et les limites de ce système.