Locality and delocalization of information in thermalization of isolated quantum systems -towards an experimental approach using ultracold atoms-

孤立量子系统热化中信息的局域性和离域性 - 采用超冷原子的实验方法 -

• 批准号: 20H01838
• 负责人: 中島 秀太
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Osaka University (2022-2023)Kyoto University (2020-2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H01838/
• 关键词: 冷却原子; 光格子; 孤立量子系; 量子情報; 熱化

本研究課題は、量子多体系における情報の非局所化と情報伝搬の局所性について、非常に良い孤立量子系である冷却原子系の熱化・緩和過程を主たる研究対象として、実験と理論の双方からその学理を明らかにすることを目的としている。当該年度において研究代表者(実験担当)は、前年度に引き続き、この研究の舞台となる光格子中の冷却リチウム(Li)原子系の構築を進めた。当該年度はまず、Li原子のレーザー冷却(磁気光学トラップ, MOT)の光学配置の修正・最適化後、磁場勾配と光強度を動的に変化させる圧縮MOTを試み、これによりMOT中の原子温度をより低下させ、Li原子を非共鳴光双極子トラップ(FORT)へ移行することに成功した。さらに磁場フェッシュバッハ共鳴によりLi原子間の散乱長(相互作用)を大きくすることでFORT中での蒸発冷却を実現した(日本物理学会で発表)。また、散乱長が正かつ大きな領域で蒸発冷却を行い、6Li原子2個からなる6Li2分子のボース・アインシュタイン凝縮を実現した。研究分担者(理論担当)は、本年度、光格子系での量子情報の伝播やその観測方法の提案を念頭に研究を進めた。当該年度中に、スピン系(JPSJ(2022))、および光格子中の自由ボソン系(PRA(2022))のエンタングルメントのダイナミクスに関する論文と、有限温度下におけるグラフ状態の効率的なフィデリティ推定の方法の提案(PRA(2023))の論文が出版された。また、非平衡量子系における幾何学的な位相に由来した熱機関の構成(arXiv:2205.15193)、光格子中における相互作用系ボソンのエンタングルメントのダイナミクスの解析(arXiv: 2209.13340)に関する研究を行い、論文を投稿した。また脱分極ノイズの存在下におけるフィデリティ推定の方法の提案(arXiv: 2304.10952)も投稿準備中である。

该研究主题旨在从实验和理论中阐明该理论，这是关于冷却原子系统的热化和放松过程的主要主题，它们是非常孤立的量子系统，有关信息的到达量和量子传播的量子系统的局部性。在今年，主要研究人员（负责实验）继续在光学晶格中建立冷却的锂原子系统，这将是这项研究的设置，如上一年。在今年，我们首先试图修改和优化Li原子的激光冷却（磁光陷阱，MOT）的光学布置，然后尝试使用一个动态改变磁场梯度和光强度的压缩MOT，从而降低了MOT的原子温度，并成功地将LI原子迁移到非质量二极管dipole dipole dipole dipole dipole trap（fort fort fort fort）。此外，通过通过磁场通过磁场增加液原子之间的散射长度（相互作用），可以实现堡垒的蒸发冷却（在日本物理学会中提出）。此外，在一个较大的区域内进行蒸发冷却，达到了由两个6li原子组成的6LI2分子的玻色 - 因斯坦冷凝。今年，研究人员（负责理论）提出了在光学晶格系统和观察方法中对量子信息传播的提议。在财政年度，发表了有关旋转系统纠缠动力学（JPSJ（2022））和光学晶格中的游离玻色子系统的论文（PRA（2022））以及有效的方法，用于估计有限温度下图态的忠诚度（PRA（PRA（2023）））。我们还对非平衡量子系统（ARXIV：2205.15193）中的几何阶段得出的热发动机的结构进行了研究，并对光学晶格相互作用玻色子的纠缠动力学分析（Arxiv：Arxiv：2209.1340）并提交了论文。在存在去极化噪声（Arxiv：2304.10952）的情况下，提出了忠诚度估计方法的建议。

项目成果

Entanglement dynamics of bosons trapped in a 1D optical lattice

一维光学晶格中玻色子的纠缠动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: S. Yamashika;D. Kagamihara;R. Yoshii and S. Tsuchiya
• 通讯作者: R. Yoshii and S. Tsuchiya

２重井戸中のボース凝縮体におけるLeggett-Garg不等式の破れ

双井中玻色凝聚态违反 Leggett-Garg 不等式

• 发表时间: 2022
• 作者: 坂本翼;吉井涼輔;土屋俊二
• 通讯作者: 土屋俊二

光格子中のスピン1超流動体の安定性とネマティック秩序

光学晶格中 spin-1 超流体的稳定性和向列序

• 发表时间: 2020
• 作者: 山鹿汐音;吉井涼輔;土屋俊二
• 通讯作者: 土屋俊二

光格子中の冷却原子系に対する量子状態制御

光学晶格中冷却原子系统的量子态控制

• 发表时间: 2020
• 作者: Ikuta Rikizo;Kobayashi Toshiki;Yamazaki Tomohiro;Imoto Nobuyuki;Yamamoto Takashi;Ryoya Sato & Eiji Kimura;中島秀太
• 通讯作者: 中島秀太

『量子技術の実用化と研究開発業務への導入方法』第10章 第1節「冷却原子系を用いた量子シミュレーション・量子コンピュータ」

“量子技术的实际应用以及如何将其引入研发工作”第10章第1节“使用冷原子系统的量子模拟和量子计算机”

• 发表时间: 2023
• 作者: 中島秀太;富田隆文
• 通讯作者: 富田隆文