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Montag, 04 April 2022 15:00

Längeres Leben für Rydberg-Atome

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Geschätzte Lesezeit: 1 - 2 Minuten

Rydberg-Atome sind Atome in hochangeregten Zuständen, die mit Laserstrahlen in Form von optischen Pinzetten gefangen werden können. Quantensimulatoren mit solchen „gefangenen“ Rydberg-Atomen sind ein vielversprechender Ansatz, um das Zusammenspiel vieler miteinander wechselwirkender Quantenteilchen zu berechnen.

Ihre Rechenzeit (Kohärenzzeit) ist aber wegen der endlichen Lebensdauer des Rydberg-Zustands auf bisher ca. 10 Mikrosekunden begrenzt. Im Rahmen des Projekts CiRQus (Quantensimulation mit zirkularen Rydbergatomen) wollen Physiker der Universität Stuttgart die Lebenszeit nun um das 1000-fache steigern, also auf mehr als 10 Millisekunden. Um dies zu erreichen, möchte das Team erstmals sogenannte „zirkulare“ Rydberg-Zustände als neuartiges Qubit für die Quantensimulation einsetzten.

Am 5. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart wird hierfür an einem innovativen Konzept geforscht. Um eine lange Kohärenzzeit der zirkularen Rydberg-Zustände Längeres Leben für Rydberg-Atome zu erreichen ist entscheidend, dass die Mikrowellenstrahlung, die in den Quantenoptiklaboren als Schwarzkörperstrahlung überall präsent ist, ausgeschaltet wird, da die Kohärenz der Qubits durch diese gestört wird. Hierzu wird im Rahmen des Projektes ein speziell ausgelegter Kondensator zur Unterdrückung von Mikrowellen eingesetzt. Der Quantensimulator mit zirkularen Rydberg-Atomen ermöglicht eine Vielzahl von Anwendungen, wie zum Beispiel die Simulation von Quantenmaterialien oder die Lösung von Optimierungsproblemen. Die lange Kohärenzzeit wird zunächst ausgeschöpft, um auf dieser Plattform Vielteilchen-Dynamik in 2D-Quantenmagneten zu untersuchen. Perspektivisch bietet die perfekte Kontrolle über gefangene zirkulare Rydberg-Atome vielversprechende Möglichkeiten für neuartige Qubit-Konzepte für das digitale Quantencomputing mit neutralen Atomen.

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