중성 원자 기반
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==원거리 상호작용== 리드버그 상태나, 영구적인 쌍극자가 있는 원소들 혹은 광자와 같은 매개체를 활용하면 초저온 원자의 적은 밀도 (~1 μm)에서도 큰 상호작용을 할 수 있다. ===리드버그 상태의 판데르발스(van der Waals) 상호작용=== [[File:중성원자 리드버그 파동함수.png|none|thumb|400x400px|87 루비듐 원자의 리드버그 상태 파동함수. $$a_0$$는 보어 반지름을 말한다. ]]리드버그 상태는 원자가 많은 에너지를 흡수하여 높은 에너지 준위로 여기 된 상태를 말하며, 주 양자수 n이 100정도로 큰 상태를 말한다. 리드버그 원자의 파동함수 크기를 약 10000$$a_0$$(보어 반지름) 혹은 0.5 μm 정도이다. 약 0.2 nm 혹은 4$$a_0$$ 정도의 바닥 상태에 비해 리드버그 상태의 반지름에 비해 매우 크다. 이렇게 커진 반지름으로부터 다음과 같은 성질들을 얻을 수 있다. * 전기장 혹은 다른 리드버그 원자에 민감하게 반응한다. 전자가 원자 핵으로부터 매우 약하게 구석되어 있기 때문에 전자 구름은 전기장에 민감하게 반응하며, 다른 리드버그 원자가 곁에 있을 경우 쉽게 편극이 된다. 따라서 판데르발스 상호작용의 크기가 바닥 상태에 비해 매우 커지게 된다. 약 5 μm 거리에서 수 GHz에 육박하는 에너지 준위 이동을 보일 수 있다. * 리드버그 상태의 수명이 길어진다. 광자를 흡수해 여기된 상태의 수명은 다른 준위와의 파동함수 겹침 정도와 그 간격 (photon density of state)에 의해 결정된다. 리드버그 상태는 바닥과의 상태가 매우 적다. 인접한 다른 리드버그 상태와의 파동함수와의 겹침 정도는 크지만 에너지 준위 간의 간격이 좁다.이렇게 해서 리드버그 상태의 수명은 1 ms 정도까지 늘어난다. 강한 상호작용과 긴 수명을 이용해 수 MHz 라비 진동수의 레이저를 이용해 많은 (1 ms / 1 μs) 게이트를 수행할 수 있으며, 이를 활용한 양자 시뮬레이션 및 양자 컴퓨터로 응용하는 연구가 활발하다. 문서 뒷부분에 자세히 다룬다. ===자기 및 전기 쌍극자-쌍극자(dipole-dipole) 상호작용=== 쌍극자-쌍극자 상호작용은 최인접 원자 뿐만 아니라 그 너머에 있는 원자들과도 상호작용 할 수 있고, 비 등방적(anisotropic)으로 상호작용을 한다는 특징을 가지고 있다. 위치 인덱스 $$i$$ 와 $$j$$에 있는 두 쌍극자의 상호작용 에너지, $$V_{ij}$$는 다음과 같이 표현할 수 있다. <nowiki>\[V_{ij} = \frac{1}{4\pi\epsilon_0}\frac{\hat{\mathbf{d}_i} \cdot \hat{\mathbf{d}_j} - 3 (\hat{\mathbf{r}}_{ij} \cdot\hat{\mathbf{d}_i})(\hat{\mathbf{r}}_{ij} \cdot\hat{\mathbf{d}_j}) }{|\mathbf{r}_i - \mathbf{r}_j|^3}\]</nowiki>
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