Manipolazione degli atomi per un migliore mondo macroscopico
Un reticolo ottico si forma all'intersezione di raggi laser sovrapposti. Lo specifico modello spaziale ottenuto può intrappolare gli atomi neutri che si raffreddano e raggruppano in punti che somigliano a un reticolo cristallino. Questi atomi possono poi formare un cosiddetto tunnel quantico, dove una particella è in grado di superare un ostacolo che altrimenti non riuscirebbe a passare. Gli atomi ultrafreddi nei reticoli ottici sono dei banchi di prova ideali per modelli di materia condensata. Un esempio è la superconduttività ad alte temperature vista in materiali con temperatura di transizione superconduttiva (Tc) oltre i -243,2 Celsius. Negli ultimi anni la ricerca in questo settore ha assistito all'evoluzione di gas quantici ultrafreddi in uno strumento per lo stato solido a molti corpi e la fisica quantistica. L'uso di raggi laser consente di controllare molti parametri importanti (quali la profondità e il passo del reticolo). La possibilità di rilevare e manipolare singoli atomi nei siti del reticolo consente di ideare una nuova generazione di esperimenti nei settori delle informazioni e delle simulazioni quantiche. Il progetto Addressing ("Ultracold quantum gases in optical lattices with single site addressability") ha proposto di usare un sistema di lenti apposito per osservare e manipolare la densità, la struttura di spin e le correlazioni su scala del sito del reticolo. Il progetto finanziato dall'UE ha progettato e implementato una nuova struttura sperimentale in grado di risolvere e studiare i singoli siti di reticolo. Innanzitutto i ricercatori hanno assemblato e testato il dispositivo per il vuoto, producendo campioni atomici ultrafreddi e sviluppando e testando un sistema di imaging personalizzato ad alta risoluzione. Questo ha consentito di ottenere un importante risultato nell'interfaccia tra atomi freddi e materia condensata, ovvero l'imaging a risoluzione di singolo atomo di un sistema quantico a molti corpi fortemente correlato. È stato realizzato con l'imaging di un cosiddetto stato isolante di Mott nei reticoli ottici dove gli atomi, grazie alla repulsione meccanica quantica che agisce su di loro, vengono ordinati in stati di numeri di occupazione ben definiti. Le immagini ottenute mostrano chiaramente ogni singolo atomo e consentono per la prima volta di osservare i singoli difetti che si formano a causa della temperatura finita del campione. Riuscire a determinare in modo affidabile la temperatura dei reticoli ottici è fondamentale per far progredire altre fasi quantiche oscure di grande importanza. Questo sviluppo consente di manipolare lo stato dei singoli atomi in un reticolo ottico e potrebbe fornire la base per un'architettura di informatica quantica con centinaia di qubit (unità di informazioni quantiche) indirizzabili singolarmente. I risultati di Addressing offrono molte possibilità per studiare i fenomeni di equilibrio per osservare l'evoluzione di un sistema.
