Experimental study on open quantum many-body systems using strongly correlated cold atoms

利用强关联冷原子的开放量子多体系统实验研究

基本信息

批准号：
21H01014
负责人：
高須洋介
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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

本研究では、光格子中のボース凝縮またはフェルミ縮退領域まで冷却されたイッテルビウム(Yb)原子を用いて、制御された非平衡開放量子多体系の量子ダイナミクスを実験的に研究することで、これまでそれほど探究されなかった「制御された開放量子多体系」というフロンティアを開拓することを目的としている。孤立量子系で行ってきた、研究代表者の高須が遂行する実験的研究と研究分担者の段下が遂行する理論的研究の一致を開放量子系でも目指す。また散逸が誘起する、エンタングルメントの体積則・面積則の転移などの新たな物理現象の探索を行う。研究代表者の高須は、2022年度は、2021年度に引き続き、光格子中に捕獲されたボース原子を用いた非平衡ダイナミクスの実験的測定を行った。ボソン光格子系において、特異的な初期状態から光格子深さを急に浅くすること(クエンチ)で原子の光格子間のホッピングを引き起こし、そこからの原子の状態を観測した。特に、2021年度における予備実験で判明していた、複数の１次元系の間のホッピングによる緩和を防ぐために、光格子をより深くするなどの実験的な改良を行った。さらに、多成分フェルミ原子気体に２体ロスを導入してスピン１重項状態の原子を選択的に系から取り除くことで、スピン３重項状態のみが残るディッケ状態の実験的生成とその観測を行った。また、研究分担者の段下は、ボソン冷却原子系、フェルミオン冷却原子系だけでなく、スピン系を含めた。新たな理論的な実験提案を含む様々な理論的研究を行った。

在这项研究中，我们使用冷却到光学晶格中玻色凝聚或费米简并区的镱（Yb）原子来实验研究受控非平衡开放量子多体系统的量子动力学，目的是探索较少探索的前沿。 “受控开放量子多体系统。”我们的目标是将首席研究员 Takasu 进行的实验研究与合作研究员 Danshita 在开放量子系统中进行的理论研究进行匹配，该研究已在孤立的量子系统中进行。我们还将探索由耗散引起的新物理现象，例如体积定律和纠缠面积定律的转变。 2022 年，首席研究员高须继 2021 年之后，利用光学晶格中捕获的玻色原子进行了非平衡动力学的实验测量。在玻色子光学晶格系统中，通过从特定的初始状态突然减少光学晶格的深度（淬火），我们使原子在光学晶格之间跳跃，并从那里观察原子的状态。特别是，为了防止在2021年的初步实验中发现的多个一维系统之间的跳跃引起的弛豫，我们进行了实验改进，例如使光学晶格更深。此外，通过在多组分费米原子气体中引入二体损失并选择性地从系统中去除处于自旋单重态的原子，我们能够通过实验生成并观察到仅保留自旋三重态的迪克态。此外，共同研究员 Danshita 不仅包括玻色子冷却原子系统和费米子冷却原子系统，还包括自旋系统。我们进行了各种理论研究，包括新的理论实验建议。