萊斯大學（Rice University）的物理學家正在進行新的實驗，研究團隊已經學會了如何精確地控制巨大的裏德伯原子（Rydberg atoms）中的電子，他們可以創造壹種"合成維度"，這是量子模擬的重要工具。
萊斯團隊開發了壹種技術，通過應用***振微波電場將許多狀態耦合在壹起，來設計超冷鍶原子的裏德伯態（Rydberg state）。當原子中的壹個電子在能量上被提升到壹個高度興奮的狀態時，就會出現裏德伯態，使其軌道變得超大，使原子比正常情況下大幾千倍。
超冷的裏德伯原子比絕對零度高約百萬分之壹。通過精確和靈活地操縱電子運動，萊斯量子計劃（Rice Quantum Initiative）的研究人員以模擬真實材料的方式將格子狀的裏德伯級耦合起來。這些技術還可以幫助實現在真實三維空間中無法實現的系統，為量子研究創造壹個強大的新平臺。
裏德伯原子擁有許多有規律間隔的量子能級，這些能級可以通過微波耦合，使高度激發的電子在能級之間移動。這個“合成維度”的動力學在數學上相當於壹個粒子在真實晶體的晶格點之間移動。
研究人員通過實現壹個被稱為Su-Schrieffer-Heeger系統的壹維晶格來證明他們的技術。為了制造它，他們用激光器冷卻鍶原子，並應用具有交替的弱耦合和強耦合的微波來創造適當的合成景觀。第二組激光器被用來將原子激發到耦合的、高位的裏德伯態流形。
研究者稱，該實驗揭示了粒子如何在壹維晶格中移動，或者在某些情況下被凍結在邊緣，即使它們有足夠的能量來移動。這與可以用拓撲結構來描述的材料特性有關。
研究者稱，這個實驗結合了現在研究原子物理的實驗室中相當標準的技術。當使用毫米波來耦合裏德伯態時，更容易對耦合振幅進行控制。當實現了壹維晶格，所有的耦合都到位了，可以嘗試看看激發壹個裏德伯電子進入該合成空間會產生什麽動力學。
題為Realizing topological edge states with Rydberg-atom synthetic dimensions的相關研究論文發表在《自然-通訊》上。
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論文原文：
/articles/s41467-022-28550-y