Quantum many-body effects in optomechanics with ultracold atomic gases

超冷原子气体光力学中的量子多体效应

基本信息

批准号：
21K03421
负责人：
金本理奈
金额：
$ 1.66万
依托单位：
Meiji University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

冷却原子気体や誘電体微粒子を用いたオプトメカニクスは、熱源との接触無しに光で振動子を捕捉・浮遊が可能であり優れたコヒーレンス特性を有するため超精密測定等の量子技術応用への期待が高まっている。しかし既存研究は主にオプトメカニカル結合のみに由来するダイナミクスの解明に注力しており、他種の相互作用の評価は不十分であった。本研究では多体系の運動状態の制御技術とオプトメカニカルセンシング感度の向上を目的として、光共振器中にトラップされた原子気体のボース・アインシュタイン凝縮体(BEC)や微粒子を用いたオプトメカニクスにおける多体相互作用や異種物質間の相互作用が物質の重心運動のダイナミクスに及ぼす影響を解明する。2022年度は次の研究を実施した。１）円環上の原子気体超流動流と、ポンプ光・プローブ光との結合を利用することで、量子コヒーレンス効果の一つであるオプトメカニカル誘導透明化の観測や、光の群速度の制御が高精度で可能となることを理論的に提唱した。特にプローブ光の透過スペクトルのピーク位置や形状が超流動速度を反映すること、更に超流動流の角運動量の値によって光の群速度を速める・遅らせるという制御ができることを見出した。この成果は超流動流のプローブ法や光の群速度の制御に新しい手法を加えるものである。２）昨年度に引き続き、誘電体微粒子と中性原子の相互作用を解析した。2022年度は特に共振器内にトラップした誘電体ナノ粒子と単一原子の複合量子系に対して、共振器電磁場を断熱消去できる領域で、電磁場に媒介されるナノ粒子-原子間の有効相互作用を定式化した。有効ハミルトニアンと散逸を考慮した量子マスター方程式を導出し、これらに基づいてナノ粒子と原子間の量子エンタングルメントおよび振動量子状態の状態転送の忠実度について調べた。

使用冷却原子气和介电精细颗粒的OPT机制可以捕获并浮动振动器，而无需与热源接触，并且具有出色的相干特性，因此对量子技术应用（例如Ultra -Crecision量）的希望正在增长。但是，现有的研究重点是阐明动力学，主要源自OPT机电键，对其他物种的评估不足。在这项研究中，有许多bose爱因斯坦凝结（BEC），并使用精细颗粒捕获的精细颗粒，目的是改善多系统运动状态的控制技术并改善副机械传感器的敏感性。物体相互作用和在物质中心动力学上的异质物质之间的相互连接。以下研究于2022年进行。 1）通过使用原子气体超流量在环上的结合以及泵的光和探针灯，它是量子co -Lens效应OPT机械诱导透明度的观察和光组速度的控制从理论上讲，以很高的精度提倡了可能的事情。特别是，发现探针光的透明光谱的峰位置和形状反映了超流量的速度，并且可以通过光之喇叭的量来控制超流体的喇叭声的量并延迟了光线速度。该结果是一种控制超流动流量的探针方法的新方法，并控制了光的速度。 2）从去年开始，我们分析了介电细颗粒与中性原子之间的相互作用。在2022财年中，尤其是在谐振电场的区域中，可以在谐振器中的介电纳米粒子和单个原子复合量子系统中擦除。考虑到耗散的有效哈密顿量和量子主方程，并根据这些方程式研究了纳米颗粒和原子之间的量子纠缠水平，以及振动量子状态中的量子纠缠水平。