Физики Университета Штутгарта добились сразу трёх рекордных показателей для круговых ридберговских атомов. Учёные увеличили время жизни таких атомов, их размер и продолжительность удержания в лазерной ловушке. Результаты исследования опубликованы 15 сентября 2026 года в журнале Nature Communications, сообщает SciTechDaily.
Ридберговский атом образуется, когда электрон переходит на уровень, удалённый от ядра. Из-за этого его размеры могут в несколько тысяч раз превышать размеры обычного атома, а взаимодействие с соседними атомами распространяется примерно на 5 мкм — около одной десятой толщины человеческого волоса. Такая особенность делает нейтральные атомы, удерживаемые лазерным светом, перспективными элементами квантовых симуляторов и компьютеров.
В работе использовались круговые ридберговские атомы, у которых электрон движется по орбите вокруг ядра. Диаметр этих орбит достигал примерно 1,1 мкм, что приблизительно в 10 тысяч раз больше размеров орбит электронов в обычных атомах. «Мы одновременно установили три международных рекорда: измерили самое продолжительное время жизни отдельных ридберговских атомов, создали крупнейшие управляемые круговые ридберговские атомы и дольше всего удерживали такие атомы в оптических пинцетах», — сказал руководитель группы доктор Флориан Майнерт.
Стабильность атомов удалось повысить в 20 раз. Возбуждённое круговое состояние сохранялось 11 миллисекунд, а в лазерной ловушке атомы оставались 133 миллисекунды. Эти значения характеризуют разные параметры: первое показывает продолжительность существования возбуждённого состояния, второе — время удержания атома в ловушке.
Обычно работе с ридберговскими атомами мешает тепловое излучение окружающих поверхностей, включая микроволны, способные нарушать их возбуждённые состояния. Вместо дорогостоящего охлаждения жидким гелием исследователи использовали экранирование, основанное на концепции 1980-х годов. Атомы поместили между двумя прозрачными электропроводящими пластинами, которые подавляют мешающее микроволновое излучение, поэтому эксперимент удалось провести при комнатной температуре.
«Эти рекорды открывают новые возможности для создания более мощных квантовых симуляторов, выполнения большего числа вычислений и более точного управления квантовыми системами», — отметил докторант Эйниус Пултиневичюс. По словам профессора Тильмана Пфау, более долгоживущие ридберговские состояния могут помочь сохранять квантовую информацию и уменьшать число ошибок при вычислениях. Университет Штутгарта располагает экспериментальной платформой для круговых ридберговских атомов, которую команда планирует использовать при разработке квантовых компьютеров, симуляторов и высокоточных квантовых сенсоров.