Controle quântico de íons de Rydberg aprisionados

Resumo

Neste projeto propomos investigar a nova plataforma de íons de Rydberg aprisionados para aplicação em tecnologias quânticas. Experimentos recentes introduziram essa plataforma como sistemas híbridos, combinando o melhor de dois mundos: operações de emaranhamento rápidas, quando exploradas as fortes interações dipolo-dipolo entre íons excitados a estados de Rydberg, e portas de alta fidelidade, quando utilizados os modos coletivos de movimento dos íons aprisionados. Contudo, para extrair o máximo do que essa plataforma tem a oferecer, as escalas de tempo significativamente diferentes entre a rápida dinâmica interna do estados eletrônicos internos altamente excitados e a lenta dinâmica dos estados coletivos devem ser feitas comensuráveis. Mostraremos então como se utilizar dos efeitos das enormes polarizabilidades dos íons de Rydberg no movimento coletivo dos íons para alcançar o controle coerente necessário para operações de emaranhamento envolvendo vários íons. A influência dos estados de Rydberg será também investigada no limite em que a as excitações de movimento são tratadas localmente, permitindo a observação de fenômenos quânticos de muitos corpos e fazendo da plataforma um simulador quântico. É esperado que a ação combinada das fortes interações dipolares com o acoplamento dos graus de liberdade de movimento afete a forma com que esses sistemas atômicos espalham luz de forma coletiva, alterando os tempos de coerência para operações de computação. Portanto, investigaremos a influência das excitações de Rydberg dos íons nos fenômenos da superradiância e subradiância. Finalmente, dada a importância da extensão dos tempos de coerência, analisaremos uma forma de melhorar substancialmente as plataformas de íons de Rydberg usando, em vez dos estados de baixo momento angular comumente excitados, estados de Rydberg circulares, de prolongados tempos de vida. (AU)