Il controllo quantistico di luce e materia

La ricerca del pieno controllo sullo stato quantico degli atomi freddi e delle loro interazioni con i fotoni si è trasformata nella visione di quelle che sono chiamate informazioni quantistiche basate su insiemi e interfacce quantistiche. Questi sistemi hanno dimostrato il proprio potenziale per quanto riguarda il supporto alla realizzazione sperimentale di elaborazione e rilevamento di informazioni basati su aspetti meccanici quantistici.

Tali applicazioni avanzate degli insiemi di atomi freddi necessitano, tuttavia, di evoluti schemi di intrappolamento e raffreddamento, oltre che di tecniche diagnostiche. Gli scienziati hanno lanciato il progetto AAPLQIC (Light-phonon quantum interface with atomic arrays in a cavity), finanziato dall’UE, per far progredire il quadro teorico per lo sviluppo di trappole ottiche, realizzate in cavità ad alta finezza.

I ricercatori hanno studiato la possibilità di intrappolare catene di atomi in cavità ottiche, così da combinare piccolo volume di modo e alta finezza. Il problema relativo al raffreddamento di una singola particella intrappolata in una cavità è stato affrontato sia teoricamente che sperimentalmente. Tuttavia, vi erano delle difficoltà con la stabilità quando si effettua il raffreddamento simultaneo di molte particelle che formano un gruppo ordinato.

Gli scienziati hanno raggiunto il loro obbiettivo iniziale avviando la creazione di un modello teorico. Questo ha descritto la configurazione generale in cui il potenziale della cavità ottica e il gruppo ordinato di atomi possiedono differenti periodicità. Si è scoperto che la disomogeneità delle trappole era un fattore fondamentale per garantire il raffreddamento di tutti gli atomi attraverso l’accoppiamento globale al modo della cavità.

In un altro lavoro, il team di AAPLQIC ha definito un protocollo per portare il moto collettivo degli atomi a degli stati rilevanti per il rilevamento quantistico. In particolare, lo schiacciamento del moto collettivo degli atomi è accompagnato da accoppiamento quantistico tra i singoli atomi. Il nuovo schema ci consente di determinare il grado di schiacciamento del moto degli atomi con grande precisione.

Il sistema sperimentale dove è stata messa in campo una nuova sorgente di luce quantistica offre una promettente piattaforma per applicazioni tecnologiche quantistiche. I primi risultati sono già stati divulgati all’interno della comunità scientifica. Le conoscenze acquisite accresceranno anche la nostra comprensione degli effetti meccanici quantistici della luce sugli atomi a basse temperature.