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The Quantum-Mechanical Model of an Atom02:45

The Quantum-Mechanical Model of an Atom

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Shortly after de Broglie published his ideas that the electron in a hydrogen atom could be better thought of as being a circular standing wave instead of a particle moving in quantized circular orbits, Erwin Schrödinger extended de Broglie’s work by deriving what is now known as the Schrödinger equation. When Schrödinger applied his equation to hydrogen-like atoms, he was able to reproduce Bohr’s expression for the energy and, thus, the Rydberg formula governing hydrogen spectra.
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Aishwarya Kumar1,2, Aziza Suleymanzade3, Mark Stone3

  • 1The Department of Physics, The James Franck Institute and The Pritzker School of Molecular Engineering, The University of Chicago, Chicago, IL, USA. ashk.phy@gmail.com.

Nature
|March 23, 2023
PubMed
Resumen

Este estudio integra átomos fríos de Rydberg con cavidades superconductoras y ópticas para crear un sistema cuántico híbrido. La plataforma demuestra una transducción cuántica eficiente entre ondas milimétricas y fotones ópticos, avanzando en las redes cuánticas y la simulación.

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Área de la Ciencia:

  • Ciencia y tecnología cuántica
  • Física atómica
  • Circuitos superconductores

Sus antecedentes:

  • La electrodinámica cuántica de cavidad y circuito se originó a partir de experimentos con átomos de Rydberg en resonadores superconductores.
  • Los átomos ultrafríos y los circuitos superconductores han avanzado independientemente, limitando la exploración de sistemas cuánticos integrados.
  • La combinación de estos sistemas ofrece acceso a nuevas capacidades físicas y de dispositivos.

Objetivo del estudio:

  • Desarrollar un sistema integrado de acoplamiento de átomos fríos de Rydberg a un resonador superconductor y una cavidad óptica.
  • Para demostrar la capacidad de la plataforma para la transducción cuántica de fotones.
  • Para explorar aplicaciones en redes cuánticas, simulación y computación.

Principales métodos:

  • Acoplamiento de un conjunto de átomos fríos 85Rb a un resonador superconductor 3D accesible ópticamente y una cavidad óptica suprimida por vibración.
  • Funcionamiento del sistema en un entorno criogénico (5 K).
  • Utilizando un fuerte acoplamiento entre los átomos de Rydberg y el resonador superconductor para la transducción.

Principales resultados:

  • Hemos conseguido un transductor óptico de ondas milimétricas.
  • Se ha medido una eficiencia de conversión interna del 58%).
  • Se ha demostrado un ancho de banda de conversión de 360 ± 20 kHz con 0,6 fotones de ruido térmico añadidos.

Conclusiones:

  • El sistema híbrido permite una transducción cuántica eficiente, un paso clave hacia la red cuántica.
  • Esta plataforma abre un nuevo campo de la ciencia cuántica híbrida de ondas milimétricas y ópticas.
  • Las perspectivas incluyen la generación de estados entrelazados y la realización de simulación / computación cuántica con fuertes interacciones no locales.