Systèmes d’atomes de Rydberg pour réaliser des Isolants topologiques bosonique – RyBoTIn

Le projet RyBoTIn, d’une durée de 36 mois, a pour but de réaliser des matériaux topologiques artificiels à l’aide de matrices bidimensionnelles d’atomes de Rydberg individuels. Les propriétés topologiques reposeront sur l’interaction dipôle-dipôle résonante entre atomes de Rydberg. Cette interaction fait qu’une excitation peut « sauter » d’un atome à l’autre, d’une manière analogue au passage d’un atome d’un site d’un potentiel périodique à un site voisin avec un constante de couplage tunnel complexe. De plus, puisqu’un atome de Rydberg ne peut porter qu’une seule excitation, ce système est l’équivalent d’un ensemble de bosons de cœur dur, c’est-à-dire présentant une interaction répulsive infiniment forte sur un même site. Cette propriété permet donc d’étudier ces matériaux topologiques artificiels en présence d’interactions fortes, et donc d’aller au-delà des propriétés à un corps, ce qui est l’un des enjeux majeurs du domaine. Nous souhaitons en particulier réaliser le premier isolant topologique bosonique, c’est-à-dire l’analogue bosonique de l’effet Hall quantique fractionnaire.

Au cours du projet, nous démontrerons expérimentalement que l’interaction dipole-dipole résonante permet d’induire le couplage spin-orbite nécessaire pour obtenir un système topologique. Nous utiliserons ce couplage pour créer, dans un système bidimensionnel, des états de bord protégés topologiquement. Enfin nous explorerons le régime d’interactions fortes, dans lequel on s’attend à observer un isolant topologique fractionnaire bosonique.

Ce projet permettra de valider un simulateur quantique à atomes de Rydberg et d’explorer des questions ouvertes de la physique des isolants topologiques (par l’étude du rôle des interactions de cœur dur dans des isolants topologiques bidimensionnels). Le projet RyBoTIn est une collaboration entre l’équipe expérimentale d’Antoine Browaeys à l’Institut d’Optique (Palaiseau, France) et le groupe de théorie de Hans-Peter Büchler (Stuttgart, Allemagne).