The Signal
Un team di Princeton usa il blocco di Rydberg per accelerare il caricamento dell’itterbio
Un team guidato da Princeton presenta un metodo basato sul blocco di Rydberg che prepara singoli atomi di itterbio in pinzette ottiche in decine di microsecondi. Il protocollo più rapido raggiunge una frazione di riempimento pari a quella d
Quantum.world Team · Scritto con l’IA · verificato ·
Le collisioni convenzionali assistite dalla luce impiegano millisecondi per ridurre a uno il numero di atomi in una pinzetta ottica caricata casualmente; un team guidato da Princeton riferisce di averlo fatto in 64,8 microsecondi. Il vantaggio in termini di velocità comporta però un compromesso: la versione più rapida trattiene singoli atomi con una frequenza paragonabile a quella del metodo convenzionale, mentre una versione con una frazione di riempimento più alta richiede ulteriore tempo di preparazione e continua a perdere coppie di atomi.
I risultati, pubblicati su PRX Quantum il 28 ottobre 2026, offrono un nuovo modo per rimuovere gli atomi in eccesso dalle pinzette contenenti itterbio. Il compromesso al centro dello studio è pratico, non solo numerico: abbreviare la fase di caricamento oppure accettare passaggi aggiuntivi per trattenere più atomi singoli.
Perché il caricamento degli atomi richiede millisecondi
Negli array di pinzette ottiche gli atomi sono caricati inizialmente in modo stocastico, quindi una singola trappola può non contenere atomi, oppure contenerne uno o diversi. Le operazioni quantistiche richiedono un’occupazione controllata e le collisioni convenzionali assistite dalla luce rimuovono gli atomi in eccesso attraverso una lenta dinamica collisionale. Secondo lo studio, questa fase richiede diversi millisecondi.
Il nuovo metodo sfrutta le interazioni tra atomi di Rydberg altamente eccitati per operare una selezione diversa. In una pinzetta occupata da più atomi, il blocco di Rydberg consente ai ricercatori di individuare gli atomi in eccesso da rimuovere uno alla volta; l’autoionizzazione espelle poi l’atomo eccitato. La ripetizione del ciclo di eccitazione e rimozione riduce l’occupazione multipla senza affidarsi a un singolo evento collisionale per svuotare la trappola.
In 64,8 microsecondi l’occupazione multipla scende all’1%
Nella prima implementazione, il team induce una transizione di Rydberg a due fotoni a partire dallo stato fondamentale dell’itterbio. Dopo 18 cicli, la probabilità di trovare più di un atomo scende all’1%, mentre il 58,2% delle pinzette trattiene un singolo atomo. Gli autori riferiscono che questa frazione di riempimento è paragonabile a quella ottenuta con collisioni assistite dalla luce nelle stesse condizioni, ma viene raggiunta oltre 100 volte più velocemente.
Il vantaggio non è privo di costi: lo studio individua nella perdita di singoli atomi durante le ripetute eccitazioni un limite alla frazione di riempimento finale. Nell’approccio a due fotoni, questa perdita è legata alla decoerenza dovuta allo scattering nello stato intermedio e alla durata finita dello stato di Rydberg. Il risultato è un percorso più rapido verso un livello di occupazione simile, anziché più alto.
Una frazione di riempimento più alta richiede ulteriore preparazione
Un secondo approccio inizia trasferendo gli atomi nello stato metastabile ³P₀ e utilizza poi l’eccitazione di Rydberg a un singolo fotone. La minore perdita di singoli atomi porta la frazione di riempimento riportata al 74,8(3)%. Il miglioramento richiede ulteriore tempo per raffreddare e preparare gli atomi nello stato ³P₀, quindi gli autori distinguono la breve sequenza di eccitazione dall’insieme dei passaggi aggiuntivi necessari alla preparazione.
Questa versione mette in luce anche un altro ostacolo. Il team riferisce di un meccanismo inspiegato di perdita a due corpi che limita la frazione di riempimento finale: può rimuovere entrambi gli atomi anziché soltanto quello in eccesso. Yiyi Li e colleghi scrivono: «La frazione di riempimento finale è limitata da un meccanismo inspiegato di perdita a due corpi che, se risolto, potrebbe consentire un caricamento rapido e quasi deterministico». Yiyi Li et al., Princeton University e California Institute of Technology
Il compromesso misurato definisce la prossima prova
Le dimostrazioni utilizzano ¹⁷¹Yb e si basano sull’eccitazione di Rydberg e su un metodo rapido per rimuovere gli atomi nello stato di Rydberg. I ricercatori affermano che il metodo non richiede hardware o controlli aggiuntivi rispetto a quelli già utilizzati per i gate a due qubit ad alta fedeltà e indicano altre tecniche di rimozione come possibili alternative all’autoionizzazione.
Per ora, il benchmark più chiaro è il confronto tra i due regimi operativi: un riempimento con atomi singoli del 58,2(2)% in 64,8 microsecondi con l’eccitazione a due fotoni e del 74,8(3)% con l’approccio basato sullo stato metastabile, la cui preparazione richiede più tempo. L’irrisolta perdita a due corpi resta il limite indicato per questo risultato più alto.