冷却原子気体が拓く非平衡量子多体物理のフロンティア

冷原子气体开辟的非平衡量子多体物理前沿

基本信息

批准号：
22H01152
负责人：
上田正仁
金额：
$ 10.98万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本年度は開放量子系で生じることが期待されるYant-Lee量子臨界現象に関する研究を行い、それを論文にまとめた (N. Matsumoto, et al., Phys. Rev. Research 4, 033250 (2022))。YangとLeeは相転移における熱力学量の特異性の起源が分配関数のゼロ点の分布を調べることによって数学的に理解できることを洞察した。しかし、温度や相互作用定数が実数である限りは分配関数は正確定であるために、Yang-Lee zero は数学的な概念であると考えられてきた。しかし、近年、実験的解釈の可能性に関する研究も盛んになりつつある。我々は、Yang-Leeのedge singularity が量子―古典対応を用いることで量子系で実現できることを明らかにした。具体的には、元の古典系をアンシラ付きの量子系に埋め込み、アンシラを量子測定することで測定結果に依存した形の条件付き期待値を計算することで、元の臨界現象が再現できることを示した。機械学習を量子制御へ応用する研究に関しては、微粒子のモデルである剛体を強化学習を量子測定およびフィードバックと組み合わせることによりレーザー冷却する方法の研究を行った。剛体は探索領域も広く、数値的に安定に冷却することが困難であったが、初期パラメータ領域をある程度絞ることによって冷却が可能であることが分かった。孤立量子系の熱化の研究については、昨年度に引き続き長距離相互作用が存在する場合に固有状態熱化仮説が成立することを数値的に示し、論文で公表した (S. Sugimoto, et al., Phys. Rev. Lett. 129, 030602 (2022))。

今年，我们对开放量子系统中预计会发生的Yant-Lee量子临界现象进行了研究，并在论文中进行了总结（N. Matsumoto, et al., Phys. Rev. Research 4, 033250 (2022) ））。杨和李认识到，相变中热力学量奇点的起源可以通过检查配分函数零点的分布来从数学上理解。然而，由于只要温度和相互作用常数是实数，配分函数就是精确确定的，因此杨-李零被认为是一个数学概念。然而，近年来，对实验解释可能性的研究一直在蓬勃发展。我们已经证明，使用量子经典对应关系可以在量子系统中实现杨李的边缘奇点。具体来说，我们证明了可以通过将原始经典系统嵌入到具有辅助的量子系统中并在辅助上执行量子测量以计算取决于测量结果的条件期望值来重现原始临界现象。关于将机器学习应用于量子控制的研究，我们研究了将强化学习与量子测量和反馈相结合，对作为粒子模型的刚体进行激光冷却的方法。刚体的搜索范围很宽，因此很难对其进行数值稳定的冷却，但我们发现通过在一定程度上缩小初始参数范围可以实现冷却。关于孤立量子系统的热化研究，我们继去年之后，通过数值证明了存在长程相互作用时本征态热化假说成立，并发表在论文中（S. Sugimoto, et al., Phys. Rev.快报 129, 030602 (2022))。