Ondas milimétricas habilitadas cuánticamente para la transducción óptica utilizando átomos neutros

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.