Nouvelle technologie de microscopie pour la simulation quantique


Nouvelle technologie de microscopie pour la simulation quantique

Représentation schématique des atomes ultra-froids dans le réseau en nid d’abeille. Les emplacements de grille individuels peuvent être résolus avec la loupe quantique. Crédit photo : UHH / Felix Herbort

Des chercheurs de l’Institut de physique des lasers de l’Université de Hambourg ont développé une méthode de quantique des qui permet désormais de cartographier des systèmes quantiques tridimensionnels. Dans le journal la nature, ils rendent compte de la nouvelle méthode avec laquelle des régimes complètement nouveaux peuvent être recherchés.

Dans la simulation quantique, les chercheurs étudient un système quantique contrôlé en laboratoire pour comprendre la physique d’un autre système moins contrôlé. Par exemple, des atomes ultrafroids piégés dans des ondes stationnaires de lumière laser sont utilisés pour imiter la physique des électrons dans les matériaux solides et obtenir de nouvelles informations sur leurs phases quantiques. En plus de la préparation contrôlée du système, l’imagerie est également cruciale. Les microscopes quantiques à gaz, par exemple, permettent la détection de toutes les particules du système quantique et permettent ainsi d’accéder à d’éventuelles fonctions de corrélation pour caractériser l’état. Cette technologie est basée sur la résolution optique des positions de grille à des intervalles typiquement d’un demi-micromètre et était donc limitée aux systèmes bidimensionnels en raison de la profondeur de champ.

Dans la nouvelle méthode développée par les chercheurs de Hambourg dirigés par le Dr. Christof Weitenberg et le professeur Klaus Sengstock, qui mènent tous deux également des recherches dans le pôle d’excellence « CUI : Advanced Imaging of Matter », ont désormais surmonté ce problème et les systèmes tridimensionnels peuvent également être résolus. Pour ce faire, les scientifiques utilisent une optique dite à ondes de , c’est-à-dire jusqu’à 90 fois la distribution de densité des atomes ultrafroids eux-mêmes.L’imagerie optique des atomes après cet agrandissement est alors simplement possible sans restriction de diffraction ou de profondeur de champ. L’optique à onde de matière est basée sur une lentille en forme de piège harmonique qui est allumée pendant un quart de période et une expansion libre subséquente des atomes. Les deux processus conduisent à une transformation entre l’espace réel et l’espace de quantité de mouvement et, en combinaison, à l’image agrandie.

Avec la nouvelle technologie, les chercheurs étudient les condensats de Bose-Einstein fabriqués à partir d’atomes de rubidium ultra-froids dans un réseau optique. De cette façon, vous pouvez mesurer la transition de dans le condensat de Bose-Einstein de manière particulièrement précise. Ensuite, les chercheurs souhaitent développer davantage la nouvelle méthode de microscopie. Cela devrait permettre de détecter tous les atomes individuellement dans un régime de seulement quelques atomes par site du réseau. De plus, en modifiant l’optique des ondes de matière, il sera possible de mesurer non seulement la densité mais aussi les propriétés de cohérence du système de manière résolue spatialement. Luca Asteria, qui a développé la technologie avec ses collègues, explique : « Avec cette technologie de microscopie, nous pouvons rechercher des régimes complètement nouveaux qui étaient auparavant inaccessibles. »


Refroidissement laser pour les gaz quantiques


Plus d’information:
Luca Asteria et al., Loupe à gaz quantique pour l’imagerie résolue en sous-réseau de systèmes quantiques 3D, la nature (2021). DOI : 10.1038 / s41586-021-04011-2

Fourni par le Service d’information scientifique

Citation: Nouvelle technologie de microscopie pour la simulation quantique (2021, 30 novembre) consulté le 30 novembre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-11-microscopy-technique-quantum-simulation.html

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