Atomi intrappolati per 2 ore: fisici tedeschi stabiliscono un record nel quantum computing

Innovazione del design criogenico: accesso ottico completo senza complessi contenitori criogenici

L'idea chiave del design è che tutti i componenti ottici per imaging e pinzette sono posizionati all'esterno della cella di vetro, operando a temperatura ambiente in aria. Questo evita la necessità di obiettivi criogenici e compatibili con il vuoto che devono tollerare contrazioni termiche e condizioni UHV. La cella di vetro stessa si trova nella parte a temperatura ambiente della camera, mentre solo la punta fredda all'interno dell'involucro a vuoto viene raffreddata attivamente .

Questo significa che il sistema preserva l'accesso ottico completo, consentendo l'uso di obiettivi commerciali standard ad alta apertura numerica, al prezzo di non schermare gli atomi dalla radiazione di corpo nero a temperatura ambiente. Gli autori notano che questo è compatibile con future schermature a microonde a temperatura ambiente per esperimenti con stati di Rydberg .

Scalabilità verso array senza difetti di decine di migliaia di atomi

L'articolo afferma esplicitamente che il tempo di intrappolamento più lungo abilita direttamente array ordinati più grandi. Poiché il tempo di ordinamento scala linearmente con il numero di atomi e la probabilità di mantenere un array senza difetti diminuisce esponenzialmente con la dimensione, un tempo di intrappolamento di diverse ore dà abbastanza tempo per assemblare configurazioni ordinate su larga scala. Con l'accesso ottico completo che consente obiettivi a grande campo visivo e laser ad alta potenza per reticoli ottici di grande volume, gli autori prevedono una via realistica verso array senza difetti di diverse decine di migliaia di atomi, e potenzialmente oltre 100.000 atomi .

2. Humboldt-Universität zu Berlin: trappola nanofotonica ibrida che utilizza forze di superficie

I ricercatori della Humboldt-Universität zu Berlin (gruppo del Prof. Arno Rauschenbeutel) hanno dimostrato una trappola nanofotonica ibrida per atomi di cesio freddi in un preprint (arXiv:2509.17767, settembre 2025) e hanno pubblicato il lavoro su Nature Photonics .

Come funziona

• La trappola utilizza forze di superficie (interazione di Casimir-Polder più cariche elettrostatiche sulla superficie della nanofibra) per attrarre gli atomi, mentre un singolo campo laser evanescente blu-detuned fornisce repulsione .
• Questo sostituisce la trappola dipolare standard a due colori (rosso + blu) tipicamente richiesta per l'intrappolamento di atomi su nanofibre. Il minimo della trappola si trova a circa 650 nm dalla superficie della nanofibra e ha una profondità di circa 1 μK .

Prestazioni chiave dimostrate

• Tempo di stoccaggio atomico: 140(9) ms — più lungo rispetto alla trappola dipolare standard a due colori, nonostante la trappola ibrida sia significativamente meno profonda .
• Tempo di coerenza Ramsey: 16.8(2) ms — oltre un ordine di grandezza più lungo rispetto alle precedenti trappole a guida d'onda nanofotoniche, perché gli atomi trascorrono la maggior parte del tempo in regioni a bassa luce, riducendo il decadimento di coerenza dovuto allo spostamento di luce differenziale .

Significato

Il lavoro dimostra che le forze di superficie, normalmente considerate un fastidio da minimizzare, possono essere sfruttate come uno strumento utile per l'intrappolamento. Questo semplifica i requisiti ottici (sono necessari meno fasci laser) e migliora drasticamente la coerenza, rendendo la tecnica promettente per memorie quantistiche, nodi di rete quantistica e altri dispositivi quantistici nanofotonici .