Cristalli di ioni intrappolati e gas ultrafreddi hanno trasformato il modo in cui esploriamo la fisica quantistica. L’Ions Lab studia le proprietà quantistiche di questi sistemi, separatamente e in combinazione, usando un nuovo apparato sperimentale in cui ioni di bario e atomi di litio possono essere intrappolati insieme per investigarne le interazioni reciproche.
L’obiettivo principale è far avanzare la tecnologia di ioni intrappolati e atomi ultrafreddi verso tre risultati: orologi a ioni migliorati, nuove piattaforme per simulazione quantistica e schemi di sensing quantistico. Le interazioni atomo-ione nel regime ultrafreddo offrono inoltre un contesto ideale per studiare dinamiche fuori equilibrio di sistemi quantistici con impurità localizzate, dove uno ione svolge il ruolo di impurità controllabile immersa in un bagno atomico.
Il laboratorio INRiM è basato a Sesto Fiorentino, ospitato presso LENS (European Laboratory for Non-linear Spectroscopy). L’attività è sostenuta da finanziamenti competitivi, inclusi programmi ERC, SIR e FARE del Ministero italiano e progetti finanziati tramite Euramet/EMPIR.
Il lavoro include lo sviluppo di tecniche di intrappolamento, raffreddamento e rivelazione per entrambe le specie, oltre allo studio di processi di collisione elastica e anelastica che determinano temperature raggiungibili e tempi di coerenza. Comprendere e controllare tali processi è essenziale per raggiungere il regime in cui miscele atomo-ione possono essere usate come risorse quantistiche scalabili.
I risultati del gruppo alimentano il programma più ampio dell’INRiM sulle tecnologie quantistiche, complementando standard di frequenza ottici e a microonde e contribuendo ad approcci ibridi in cui metrologia, simulazione e sensing condividono strumenti abilitanti comuni.