Ascenseur à atomes

Les simulateurs quantiques, réalisés en manipulant des atomes ultrafroids avec des lasers, constituent des systèmes physiques hautement contrôlables et parfaitement isolés. Cependant, ces systèmes quantiques fermés (les atomes sont piégés dans une boîte) pourraient bénéficier d’une approche plus générale inspirée des systèmes dits « ouverts »: les atomes seraient alors injectés depuis un réservoir dans le simulateur quantique, d’une manière sélective, par exemple basée sur leur énergie. 

Dans un travail récemment publié dans Physical Review Letters, une collaboration impliquant le Laboratoire Kastler Brossel introduit une méthode expérimentale, nommée « ascenseur à atomes »: l’idée centrale consiste à piéger les atomes dans une boîte (un potentiel de confinement à fond plat, créé par un laser), spécialement conçue pour connecter un simulateur quantique à un réservoir atomique. L’énergie de ce réservoir est ajustable, jouant ainsi le rôle d’un ascenseur: en activant l’ascenseur, les atomes quittent le réservoir d’une façon contrôlée et sélective, générant ainsi, petit à petit, l’état quantique désiré au sein du simulateur quantique. Par ailleurs, ce dispositif permet de refroidir et de purifier l’état quantique obtenu, en retirant les atomes « chauds » du système d’une façon répétitive et hautement contrôlable.

Le caractère universel et la simplicité de cette approche permettraient la réalisation d’états exotiques de la matière, dans une vaste gamme de simulateurs quantiques. Idéalement adaptée aux gaz d’atomes ultrafroids, cette méthode mènerait à la réalisation expérimentale de liquides quantiques fortement corrélés, présentant des propriétés fascinantes. Au-delà de la préparation de ces états quantiques exotiques, cette méthode permettrait également de sonder la matière quantique, puisqu’elle donne accès aux propriétés de transport, telle que la conductivité.

Ces résultats sont publiés dans Physical Review Letters :

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.163402