光格子中の量子縮退混合系を用いたアンダーソン・ハバード量子シミュレータの実現

使用光晶格中的量子简并混合系统实现安德森-哈伯德量子模拟器

• 批准号: 13J00931
• 负责人: 小西 秀樹
• 金额: $ 1.92万
• 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: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J00931/
• 关键词: 冷却原子; 量子縮退気体; 光格子

光格子中のイッテルビウム（Yb）-リチウム（Li）混合系を用いた不純物系の量子シミュレーションを実現する上で重要なのが、Yb-Li間のフェッシュバッハ共鳴による原子間相互作用の制御である。しかし、基底状態同士のフェッシュバッハ共鳴は1kG付近の非常に高磁場に位置するうえ、幅が数mG以下と非常に狭いことが理論的に予測されている。そこで我々はYbのもつ準安定な電子励起状態である3P2状態と基底状態Li間のフェッシュバッハ共鳴に着目している。本年度はこのYb(3P2)-Li間フェッシュバッハ共鳴観測に向けて、Yb(3P2)-Liの非弾性衝突特性を詳細に調べた。実験は以下の様な手順で行った。まずYb-Liの量子縮退混合系を用意し、波長532nmのレーザーで作る光格子に断熱的に導入し、Ybのモット絶縁体を作る。このとき光格子はYbがモット絶縁体として格子点に局在するような深さであるが、Liは格子点に留まることなく3次元的な気体となっている。Ybのモット絶縁体に対して3P2分光を行うと、格子点の占有数に対応した周波数のシフトが観測される。これは1S0-3P2遷移が超狭線幅遷移であり、格子点中の原子間相互作用に比べて線幅が十分狭いためである。占有数1のYb原子を励起し、保持時間後に残った3P2原子を測定する。このように光格子中で測定を行うことにより、3P2-3P2や3P2-1S0の衝突を排し、測定したいYb(3P2)-Liの衝突だけを観測することができる。Li原子の密度を変えて3P2状態の寿命測定を繰り返し、Yb(3P2)-Liの非弾性衝突係数を決定した。また、この光格子を用いた手法により、格子点の占有数別に2体、3体、4体の非弾性衝突を分離して測定することにも成功した。

为了在光学晶格中使用镱（Yb）-锂（Li）混合系统实现杂质系统的量子模拟，通过Yb和Li之间的费什巴赫共振来控制原子间相互作用非常重要。然而，理论上预测，基态之间的费什巴赫共振位于1 kG左右的极高磁场中，而且宽度极窄，不到几毫克。因此，我们重点关注 3P2 态（Yb 的亚稳态电子激发态）与基态 Li 之间的 Feshbach 共振。今年，我们详细研究了Yb(3P2)-Li的非弹性碰撞特性，为观察Yb(3P2)-Li之间的费什巴赫共振做准备。实验如下进行。首先，制备 Yb-Li 的量子简并混合体系，并将其绝热引入由波长 532 nm 的激光制成的光学晶格中，以创建 Yb 莫特绝缘体。此时，光学晶格的深度使得Yb作为莫特绝缘体局域于晶格点处，但Li不保留在晶格点处并变成三维气体。当在 Yb Mott 绝缘体上执行 3P2 光谱时，观察到与占据的晶格点数量相对应的频移。这是因为1S0-3P2跃迁是超窄线宽跃迁，与晶格点中原子之间的相互作用相比，线宽足够窄。以 1 的占有率激发 Yb 原子，并在保留期后测量剩余的 3P2 原子。通过以这种方式在光学晶格中进行测量，可以消除 3P2-3P2 和 3P2-1S0 碰撞，而仅观察到我们想要测量的 Yb(3P2)-Li 碰撞。我们通过改变Li原子的密度反复测量了3P2态的寿命，并确定了Yb(3P2)-Li的非弹性碰撞系数。此外，通过使用这种光学晶格方法，我们成功地根据占据的晶格点的数量分别测量两个、三个和四个物体的非弹性碰撞。

项目成果

Designing an ultracold Yb-Li mixture with controllable interactions

设计具有可控相互作用的超冷 Yb-Li 混合物

• 发表时间: 2014
• 作者: Florian Shcaefer;Hideki Konishi;Shinya Ueda;Shuta Nakajima;Yosuke Takasu;Yoshiro Takahashi
• 通讯作者: Yoshiro Takahashi

光格子に導入された冷却Yb・L源子混合系の振舞い

引入光学晶格的冷却 Yb/L 源混合系统的行为

• 发表时间: 2014
• 作者: 小西秀樹;原秀明;Florian Schafer;足立景亮;中島秀太;高須洋介;高橋義朗
• 通讯作者: 高橋義朗

光格子に導入された冷却Yb-Li原子混合系の振舞いII

引入光学晶格 II 的冷却 Yb-Li 原子混合系统的行为

• 发表时间: 2014
• 作者: Nishimura Akio;Matsuda Hironori;Tasei Yugo;Asakura Tetsuo;ロジャース有希子 and 岩田忠久;小西秀樹，Florian Schaefer，植田信也，中島秀太，高須洋介，高橋義朗
• 通讯作者: 小西秀樹，Florian Schaefer，植田信也，中島秀太，高須洋介，高橋義朗

準安定3P2状態Yb原子とLi原子間の非弾性衝突

亚稳态3P2态Yb和Li原子之间的非弹性碰撞

• 发表时间: 2016
• 作者: Abe;S.;T. Nakamura;and H. Mitsudera;小西秀樹，Florian Schaefer，植田信也，小野滉貴，高橋義朗
• 通讯作者: 小西秀樹，Florian Schaefer，植田信也，小野滉貴，高橋義朗

A Three-Dimensional Optical Lattice of Ytterbium and Lithium Atomic Gas Mixture

镱锂原子气体混合物的三维光学晶格

• DOI: 10.7566/jpsj.83.014003
• 发表时间: 2014
• 期刊: Journal of Physical Society of Japan
• 作者: H. Hara;H. Konishi;S. Nakajima;Y. Takasu. and Y. Takahashi
• 通讯作者: Y. Takasu. and Y. Takahashi