LEAPS-MPS: An Ultracold Atom Platform for Quantum Hydrodynamics Research and Undergraduate Training in Quantum Technology

LEAPS-MPS:用于量子流体动力学研究和量子技术本科生培训的超冷原子平台

基本信息

  • 批准号:
    2137848
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.92万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2024-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This award is funded in whole or in part under the American Rescue Plan Act of 2021 (Public Law 117-2). Quantum simulation is the practice of experimentally modelling a complex physical system using an analogous quantum system, where the underlying fundamental nature of the system is preserved. Ultracold quantum gas experiments provide an exceptionally powerful and tunable platform for direct investigations of a wide variety of physical phenomena, including non-equilibrium quantum dynamics, few-body physics, atom interferometry, and condensed matter physics. The development and creation of an ultracold quantum gas experiment presents many complex challenges for student researchers to overcome, requiring one to attain a variety of technical skills and knowledge, including electronic design and testing, ultra-high vacuum technologies, optomechanical design, electromagnetic modeling and control, and computational integration with automation programming. A table-top system with these high-performance technologies is an excellent training ground for undergraduate researchers in physics and engineering. Through small, well-defined projects, undergraduate researchers can develop highly applicable research skills sought after in the quantum information science and technology industry and in advanced research settings. This project will establish the infrastructure for rigorous, accessible, hands-on quantum research at a primarily undergraduate institution.The research activities proposed here will build the foundations of a platform that will elucidate phase-separation dynamics and driven turbulent behavior in dilute-gas superfluids. Important questions that will be addressed in this project include: (1) How does phase separation behave in a channel BEC with both miscible and immiscible components? (2) How does quantum turbulence vary as the system interactions are quenched from being weakly miscible to immiscible? (3) Can hydrodynamic instabilities form between two spin states in a single isotopic BEC? These studies have applications beyond ultracold atomic physics, from classical fluid flow and nonlinear optical systems to supernovae and neutron stars. The Principal Investigator’s student mentorship plan revolves around building and strengthening a student’s physics identity. This includes developing positive relationships and technical lab skills as well as participating in the dissemination of research at conferences. These activities will increase the recruitment and retention of historically underrepresented students in physics and engineering and will provide challenging research experiences in quantum information science and technology.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该奖项是根据2021年《美国救援计划法》(公法117-2)全部或部分资助的。量子模拟是使用类似量子系统对复杂物理系统进行实验建模的实践,在该系统中保留了系统的基本性质。 Ultracold量子气体实验提供了一个非常强大且可调的平台,用于直接研究各种物理现象,包括非平衡量子动力​​学,几乎体形的物理学,原子干扰和凝结物理物理学。超声量子气实验的开发和创建给学生研究人员带来了许多复杂的挑战,要求人们获得各种技术技能和知识,包括电子设计和测试,超高真空技术,光学机械设计,电子模型,电子建模和控制以及与自动化计划的计算集成。具有这些高性能技术的桌面系统是物理和工程学本科研究人员的绝佳培训场。通过小型,精通的项目,本科研究人员可以在量子信息科学和技术行业和高级研究环境中发展高度适用的研究技能感。该项目将在第一本大学机构中建立严格,可访问,动手量子研究的基础设施。此处提出的研究活动将建立平台的基础,该平台将阐明相位分离动力学并推动稀释型超级流体中的湍流行为。该项目将要解决的重要问题包括:(1)相位分离在BEC中的表现如何具有可混杂和不可分割的组成部分? (2)随着系统相互作用从弱小的不可分割的不可分割而淬火时,量子湍流如何变化? (3)单个同位素BEC中两个自旋状态之间的流体动力不稳定性可以形成吗?这些研究具有超速原子物理学以外的应用,从经典的流体流和非线性光学系统到超新星和中子星。首席研究员的学生精神计划计划围绕建设和增强学生的身体身份。这包括建立积极的关系和技术实验室技能以及参与会议研究的传播。这些活动将增加历史上代表性不足的物理和工程学生的招聘和保留,并将在量子信息科学技术和技术方面提供挑战研究经验。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是通过基金会的知识分子优点和更广泛的影响审查标准通过评估来获得的支持。

项目成果

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