光格子凝縮体を用いたボルテックスアレイ量子計算機の実現

利用光晶格凝聚体实现涡旋阵列量子计算机

• 批准号: 15654055
• 负责人: 高橋 義朗
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15654055/
• 关键词: 量子計算; 凝縮体; 量子渦; 光格子; ラゲールガウス; 光トラップ; ルビジウム; スピン

1995年に中性原子気体のボース・アインシュタイン凝縮(BEC)が実現されて以来、この分野は非常に多くの研究者から注目を集め爆発的勢いで発展しつつある。一方、量子情報処理の分野も大変活発で、新しい物理系で量子計算機を実現しようという野心的な試みが盛んに行われている。本研究は、上記の新しい二つの分野を融合させて、そこに極めて革新的な発展・成果を結実させようというものである。本研究の目的は、まず全光学的に生成したボース凝縮体を炭酸ガスレーザーによるマイクロメータースケールという超長周期光格子に導入し、その各格子点に任意の次数の量子渦を全光学的に生成することにより、全く新しい「量子渦列(ボルテックスアレイ)」を形成すること、そしてこれを用いて多数量子ビットの量子計算機を実現することである。すでに、炭酸ガスレーザー(現有)を用いた光トラップにより全光学的にRb原子のBECを生成することに成功し、さらに、生成したBECを炭酸ガスレーザーによる光格子に導入することに成功した。これは、交差型光ビームのための2本のレーザー光のうち、1本のみを残しそれを定在波とすることで実現された。そして、次に、光トラップ中のBECに、純光学的に量子渦を生成するために必要となるラマン遷移を、ガウスビームに対して行うことに成功した。極めてSNよく、共鳴を観測することができた。これを今後申請者が考案した軌道角運動量を持つラゲールガウシアン光ビームを使う新しい方法を使うことにより、今までの方法では不可能であった高次の渦や逆回転の渦を生成することが可能となる。実験的にラゲールガウシアン光ビームを生成することは容易であり、実際、ホログラムを用いて安定に生成することに成功している。すでに光学系は組みあがっており、これを用いて量子渦を生成することが可能になった。

自1995年实现中性原子气体的玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）以来，这一领域吸引了众多研究人员的关注，并以爆炸性的速度发展。另一方面，量子信息处理领域也非常活跃，有许多雄心勃勃的尝试使用新的物理系统来实现量子计算机。本研究旨在融合上述两个新领域，带来极具创新性的发展和成果。这项研究的目的是首先利用二氧化碳激光器将全光产生的玻色凝聚引入到微米级的超长周期光学晶格中，然后全光地在每个点产生任意阶的量子涡旋。目标是创建一个全新的量子涡旋阵列，并用它来创建一个多量子位量子计算机。我们已经成功地使用二氧化碳激光器（目前可用）使用光阱以全光学方式产生了 Rb 原子的 BEC，并且我们还成功地使用二氧化碳激光器将产生的 BEC 引入到光学晶格中。这是通过仅保留两束激光束中的一束作为交叉光束并将其用作驻波来实现的。接下来，他们成功地在高斯光束上进行拉曼跃迁，这对于在光阱中的 BEC 中纯光学地产生量子涡旋是必要的。我们能够观察到具有极好的信噪比的共振。通过使用申请人设计的使用具有轨道角动量的拉盖尔高斯光束的新方法，将有可能产生以前的方法不可能产生的高阶涡流和反向旋转涡流。在实验上很容易产生拉盖尔高斯光束，事实上，我们已经成功地使用全息图稳定地产生了它。光学系统已经组装完毕，现在可以用它来产生量子涡旋。

项目成果

高橋義朗, 藪崎努: "イッテルビウム原子のボース・アインシュタイン凝縮"固体物理. 39・2. 37-43 (2004)

高桥义郎、薮崎努：“镱原子的玻色-爱因斯坦凝聚”固体物理39・2（2004）。

Formation of Bose-Einestein Condensates with Optical Trapping Method

用光捕获法形成玻色-爱因斯坦凝聚态

• 发表时间: 2004
• 期刊: The Review of Laser Engineering Vol.32・No.7
• 作者: M.Takeuchi;S.Ichihara;T.Takano;M.Kumakura;T.Yabuzaki;T.Takahashi;高橋義朗;Y.Takahashi
• 通讯作者: Y.Takahashi

イッテルビウム原子のボーズ・アインシュタイン凝縮

镱原子的玻色-爱因斯坦凝聚

• 发表时间: 2004
• 期刊: 固体物理 Vol.39・No.2
• 作者: M.Takeuchi;S.Ichihara;T.Takano;M.Kumakura;T.Yabuzaki;T.Takahashi;高橋義朗
• 通讯作者: 高橋義朗

M.Kumakura, et al.: "Shaking-induced cooling of cold atoms in a magnetic trap"Phys.Rev.A. 68・2. 021401:1-021401:4 (2003)

M.Kumakura 等人：“磁阱中冷原子的振动诱导冷却”Phys.Rev.A. 021401:1-021401:4 (2003)

Spin Squeezing via One-Axis Twisting with Coherent Light

• DOI: 10.1103/physrevlett.94.023003
• 发表时间: 2004-10
• 期刊: Physical Review A
• 影响因子: 2.9
• 作者: M.Takeuchi;S.Ichihara;T.Takano;M.Kumakura;T.Yabuzaki;Y.Takahashi