大質量比を持つ三種混合冷却原子気体を用いた量子シミュレータの開発

大质量比三元混合冷却原子气体量子模拟器的研制

• 批准号: 21J20153
• 负责人: 水上 尚人
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J20153/
• 关键词: エルビウム; リチウム; 冷却原子; 混合系; フェッシュバッハ共鳴

本研究では、大質量比を有するエルビウム (Er) 原子とリチウム (Li) 原子の混合系を生成し、これら異種原子間の相互作用の強さを操作できることを実証した。冷却原子の研究分野では本研究で用いたイッテルビウム (Yb) やリチウム (Li) 原子を含め多くの種類の原子がレーザー冷却技術により量子的性質を呈する極低温まで冷却できることが知られている。また特定の原子間では外部磁場により原子間の散乱長が変化することが確認されており、外部磁場を設定することで原子間の相互作用の強さを変化させることができる。一度に冷却される原子の数は数万個にも及び、複数の量子が複雑に絡み合う量子多体系のシミュレーションに最適なプラットフォームである。さらに我々の扱ったような異なる種類の原子の混合系では、それぞれの原子に対して相互作用、原子数密度を変化させられるだけでなく、異種原子間の相互作用をも操作することができ、固体中に不純物を含むような複雑な量子系を、一方の原子を不純物、他方の原子を電子に見立てることで再現することができる。我々は理論的には異種原子間でのフェッシュバッハ共鳴が予想されていたエルビウムーリチウム混合系を実現し、これらの原子間のフェッシュバッハ共鳴を実験的に観測した。またエルビウムーリチウム混合系を生成する際には、3種目の要素としてイッテルビウム原子を冷媒として用いることで、より効率的にエルビウムーリチウム混合系を冷却した。本研究により、不純物問題、p波超流動などの量子多体系の問題を再現するのにエルビウムーリチウム混合系が最適な原子の組み合わせであることが分かった。

在这项研究中，我们创建了一个具有大质量比的铒 (Er) 和锂 (Li) 原子的混合系统，并证明可以控制这些不同原子之间相互作用的强度。在冷原子研究领域，众所周知，许多类型的原子，包括本研究中使用的镱 (Yb) 和锂 (Li) 原子，都可以使用激光冷却技术冷却到极低的温度，从而表现出量子特性。 。此外，已经确认某些原子之间的散射长度根据外部磁场而变化，并且通过设定外部磁场，可以改变原子之间的相互作用的强度。一次可冷却的原子数量为数万个，使其成为模拟多个量子错综复杂地交织的量子多体系统的最佳平台。此外，在像我们所处理的不同类型原子的混合系统中，不仅可以改变每个原子的相互作用和原子序数密度，还可以操纵包含不同类型原子的复杂量子系统之间的相互作用。固体中的杂质可以通过将一个原子视为杂质而将另一个原子视为电子来再现。我们实现了一种铒锂混合体系，其中不同原子之间的费什巴赫共振在理论上被预测，并通过实验观察到这些原子之间的费什巴赫共振。另外，在制造铒-摩尔-锂混合系时，通过使用作为第三元素的镱原子作为冷却剂，可以更有效地冷却铒-摩尔-锂混合系。这项研究表明，铒锂混合体系是重现杂质问题和p波超流等量子多体问题的最佳原子组合。

项目成果

Feshbach resonances of large-mass-imbalance Er-Li mixtures

大质量不平衡铒锂混合物的费什巴赫共振

• DOI: 10.1103/physreva.105.012816
• 发表时间: 2022
• 作者: F. Schaefer; N. Mizukami;Y. Takahashi
• 通讯作者: Y. Takahashi

Feshbach resonances of large-mass-imbalance Er-Li mixtures

大质量不平衡铒锂混合物的费什巴赫共振

• DOI: 10.1103/physreva.105.012816
• 发表时间: 2022
• 作者: F. Schaefer; N. Mizukami;Y. Takahashi
• 通讯作者: Y. Takahashi