作者:英格丽德·法德利
（同organic）有机 激光俘获圆形里德堡原子的艺术图片
信用:LKB克莱蒙·塞林
里德堡原子是处于高激发态的原子，具有几个独特和有利的性质，包括特别长的寿命和对外场的大灵敏度
这些性质使它们在各种应用中很有价值，例如在量子技术的发展中
然而，为了让里德堡原子有效地用于量子技术，研究人员首先需要能够捕获它们
虽然许多研究已经证明了使用磁、电或激光技术来捕获里德堡原子，但是迄今为止所实现的捕获时间相对较短，通常在100μs左右
LKB实验室的研究人员最近实现了圆形里德堡原子更长的二维激光俘获时间，达到10毫秒
他们采用的方法，在《物理评论快报》上发表的一篇论文中有所概述，可以为量子技术的发展开辟令人兴奋的新可能性
“我们在LKB的研究小组是世界上为数不多的能够制备和操纵圆形里德堡原子水平的研究小组之一，”进行这项研究的研究人员之一克莱门特·塞林告诉《物理》杂志
（同organic）有机
“我们的团队实际上在处理圆形里德堡原子方面有着长期的经验，这可以追溯到20世纪70年代/80年代以及塞尔日·阿罗什的工作
我们研究活动的一个重要部分现在致力于在量子技术中使用这些原子
" 迄今为止，大多数采用里德堡原子的量子模拟器都使用非圆形里德堡原子
这些技术首先是由位于IOGS帕拉伊索的光学研究院的一个研究小组首创的，该研究小组由安托万·布劳瓦伊斯和蒂埃里·拉海耶领导，哈佛的一个小组由米哈伊尔·卢金领导
虽然这些模拟器已经取得了显著的效果，但它们的能力受到了限制，因为它们内部的里德堡原子没有被捕获，因此在系统运行时会继续移动
这项新的研究由塞林、米歇尔·布鲁纳(研究部主任)、罗德里戈·科尔特斯(博士)进行
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学生)，马克西姆·法维尔(博士后学生)和LKB大学的其他研究人员介绍了一种解决这个问题的方法
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里德堡循环态中的原子)和一种称为激光俘获的技术
赛林解释说:“当一个原子被激发到圆形里德堡能级时，它可以被很好地描述为一个在圆形轨道上远离原子核的电子，这个轨道几乎和细菌一样大。”
因此，电子几乎是自由的，自由电子和任何带电粒子一样，被强光场排斥
" 研究人员基本上利用了圆形里德堡原子被强光排斥的事实来捕获原子
为了实现这一点，他们产生了一个环形光束，更具体地说是一个中心有一个暗点的圆形激光束，原子最终会被捕获在那里
赛林解释说:“如果一个电子在圆环的中心，它就无法逃脱:它被困在光束中。”
“重核随后紧随其后，通过库仑相互作用被电子吸引！不知何故，我们通过抓住圆形里德堡原子的电子来捕获它
" 塞林和他的同事使用一种被称为空间光调制器的工具产生了环形光束
空间光调制器是可以在光束上压印相位图案的物体，这反过来又会改变这些光束的形状
这些独特的工具曾被广泛用于视频投影仪，将图像或视频反射到表面上
塞林说:“不知何故，我们已经制造了自己的视频投影仪来产生环形光束，但是我们没有使用灯泡作为光源，而是使用了强大的红外激光器，并且我们没有使用屏幕，而是将图像照射在里德堡原子上。”
到目前为止，世界各地的研究人员只能证明激光捕获非圆形原子的早期特征，这种现象持续的时间不超过几微秒
另一方面，圆形里德堡原子以前从未被激光捕获过
赛林和他的同事最近的研究表明，事实上，圆形里德堡原子可以被激光捕获，并且时间跨度非常长
到目前为止，研究人员能够捕获这些原子大约10毫秒，但是这个捕获时间在未来的研究中可能会进一步增加
“我们还表明俘获圆形里德堡原子不会影响它们的性质(例如
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寿命、纯度和量子相干性)
“特别是，它证实了这样一个事实，即圆形里德堡原子不受光电离的影响，与其他里德堡能级相反
" 这些结果可能会对量子技术的发展产生许多重要的影响，包括量子模拟、传感和信息处理的工具
事实上，正如他们的研究所证明的，在量子系统运行时，有效地保持圆形里德堡原子的位置，意味着这些原子可以被使用更长的时间
这可能最终提高不同量子技术的性能，例如增强传感器的灵敏度，增加模拟器的模拟时间，等等
赛林和他的同事们现在正计划实现一个激光捕获的圆形里德堡原子阵列
为了实现这一目标，他们将准备一组中心有一个洞的光镊，这种结构被称为“瓶束阱”
" 赛林解释说:“通过在每个瓶子中捕获一个且只有一个圆形里德堡原子，相隔几微米，我们将产生一个相互作用的圆形里德堡原子的规则阵列。”
“这将实现一个相互作用自旋的量子模拟器，使我们能够在前所未有的时间尺度上运行模拟
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