Simulation quantique à double Rydberg – DuRyQS

Les simulateurs quantiques utilisant des atomes de Rydberg pour émuler la physique des spins en interaction ont été particulièrement fructueux ces dernières années. Ils reposent sur la forte interaction dipôle-dipôle entre niveaux de Rydberg. Toutefois, leur champ d'application est limité par la durée de vie des niveaux de Rydberg de faible moment orbital, accessibles par laser. La dynamique quantique au-delà de quelques cycles d'interaction est jusqu'à présent restée hors de portée. Les atomes de Rydberg circulaires, avec un moment orbital maximal, présentent une interaction dipôle-dipôle tout aussi forte que celles des niveaux accessibles par laser. Leur durée de vie, en revanche, est 100 fois plus élevée en environnement cryogénique, au prix de l'absence de transitions optiques, essentielles à la manipulation locale et à la détection des atomes dans un réseau.

Le projet DuRyQS propose de construire et d'exploiter un simulateur quantique à deux espèces Rydberg : des atomes de Rydberg circulaires, piégés par laser dans un cryostat, émulent des spin-1/2 en interaction, tandis que des atomes excités vers des niveaux de Rydberg accessibles par laser servent à la manipulation locale des états de Rydberg circulaires, leur mesure quantique non destructive (QND), et servent de médiateurs pour des interactions entre atomes de Rydberg circulaires distants. Alors que la manipulation locale et les interactions médiées peuvent être utilisées pour préparer des états complexes du système de spin, la détection QND permet de mesurer les états de spin à des moments multiples et arbitraires. Cela donne accès à des corrélations quantiques locales ou non locales à temps multiples. Associées aux longues durées de vie des états de Rydberg circulaires, ces corrélations rendront la plateforme DuRyQS idéale pour la simulation quantique de dynamiques quantiques complexes et lentes sur des centaines de cycles d'interaction.