巨大な質量比を持つ冷却異種原子気体を用いた強相関量子多体シミュレータ

使用具有巨大质量比的冷却杂原子气体的强相关量子多体模拟器

• 批准号: 12J01698
• 负责人: 中島 秀太
• 金额: $ 2.32万
• 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: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J01698/
• 关键词: レーザー冷却; 冷却原子系; 光格子; 量子シミュレータ; 強相関系; 精密分光; メゾスコピック系

本研究の目的は、量子縮退が実現されている原子種の中で最も軽いアルカリ原子であるリチウム(Li)と、最も重い原子であるイッテルビウム(Yb)を、個別にあるいは同時に多様な光トラップに導入し、より広範な強相関系の「量子シミュレーション」を実現することである。本年度はまず、前年度に構築した1次元光超格子系の2波長光格子の相対位相と振幅を動的に制御することで、"電荷ポンプ"と呼ばれる(量子化された)原子の移動現象(ポンピング)を研究した。実験には相互作用が無視できる2成分フェルミオン171Yb原子を用い、ポンピングによる光格子中での原子の移動をCCDカメラ上の吸収像から直接観測した。この"量子化"は、量子ホール効果と同様に「チャーン数」と呼ばれるトポロジカル不変量と直接関係しており、移動量の測定からこのポンピングにおけるチャーン数を評価した。またポンピングの有無が、超格子パラメーターの時間変化の軌跡が特異点を囲むか否かという"トポロジー"の違いで決定されるというRice-Mele模型にもとづく予言を確認するため、実際にトポロジカルに異なる2通りのポンピングサイクルを構築し、この両者のポンプ量に明確な違いがあることを実験で明らかにした。また後半では、ETH Zurichの量子光学研究室に滞在し、冷却Li原子集団をこの系のフェルミ波長の精度で操作・観測出来る高分解能光学系の技術を習得するとともに、この実験系を利用した冷却Li原子を用いたメゾスコピック系の量子シミュレーションの研究を行なった。特に、デジタルミラーデバイス(DMD)を利用した冷却原子系に対する走査型ゲート顕微法を開発し、光トラップによる"量子ポイントコンタクト"ポテンシャル構造の実空間観測、およびトラップ中の冷却原子の量子コヒーレンスの直接観測に成功した。このDMD技術は今後の冷却原子系への応用が期待できるものである。

本研究的目的是对已实现量子简并的原子种类中最轻的碱原子锂（Li）和最重的原子镱（Yb）单独或同时应用各种光陷阱。对更广泛的强相关系统实施“量子模拟”。今年，我们将首先通过动态控制前一年构建的一维光学超晶格系统的两波长光学晶格的相对相位和振幅来研究称为“电荷泵”的（量子化）原子运动现象（泵浦。 ）进行了研究。实验中使用了相互作用可忽略不计的双组分费米子171Yb原子，从CCD相机上的吸收图像中直接观察到光学晶格中原子因泵浦而发生的运动。与量子霍尔效应类似，这种“量子化”与称为“陈数”的拓扑不变量直接相关，我们通过测量运动量来评估泵浦中的陈数。此外，为了证实基于Rice-Mele模型的预测，即泵浦的存在或不存在是由“拓扑”的差异决定的，即超晶格参数的时间变化轨迹是否围绕一个奇点后，我们确认构建了两种类型的泵送循环，并且实验表明两者之间的泵送量存在明显差异。下半年，您将留在苏黎世联邦理工学院的量子光学实验室，在那里您将学习高分辨率光学系统的技术，该系统可以通过该系统的费米波长的精度来操纵和观察冷却的锂原子群，并学习如何使用这个实验系统进行冷却我们进行了使用锂原子的介观系统的量子模拟研究。特别是，我们开发了使用数字镜器件（DMD）的冷原子系统扫描门显微方法，已经能够利用光陷阱观察真实空间中的“量子点接触”势结构，并直接观察量子陷阱中冷原子的相干性观察成功。这种DMD技术有望应用于未来的冷原子系统。

项目成果

Towards Construction of An Optical Lieb Lattice

构建光学李布晶格

• 发表时间: 2013
• 作者: S. Nakaiima;T. Nishio;S. Taie;and Y. Takahashi
• 通讯作者: and Y. Takahashi

Ultracold Yb-Li Mixtures : Towards Quantum Simulation of Doped Simerconductors

超冷 Yb-Li 混合物: 走向掺杂 Simerconductor 的量子模拟

• 发表时间: 2012
• 作者: 中島秀太;原秀明;小西秀樹;高須洋介;高橋義朗
• 通讯作者: 高橋義朗

光Lieb格子中に導入された冷却イッテルビウムのボース原子系の振舞い

引入光学利布晶格的冷却镱玻色子原子系统的行为

• 发表时间: 2015
• 作者: 一ノ瀬友宏;小沢秀樹;田家慎太郎;中島秀太;高橋義朗
• 通讯作者: 高橋義朗

Lieb型光格子の実現

Lieb型光学晶格的实现

• 作者: 畠山 望;長山千恵子;鈴木悦子;宮野正之;大串巧太郎;パトリック・ボノー;三浦隆治;鈴木 愛;宮本直人;宮本 明;幸 琢寛;小山 章;江田信夫;長井 龍;太田 璋;西尾卓衛，中島秀太，田家慎太郎，小沢秀樹，高橋義朗
• 通讯作者: 西尾卓衛，中島秀太，田家慎太郎，小沢秀樹，高橋義朗

冷却Yb-Li原子混合系の光格子の開発

冷却Yb-Li原子混合物系统光学晶格的研制

• 发表时间: 2013
• 作者: Hideaki Hara;Yosuke Takasu;Yoshifumi Yamaoka;John M.Doyle;Yoshiro Takahashi;高橋義朗;Yoshiro Takahashi;Yoshiro Takahashi;高橋義朗;Yoshiro Takahashi;Yoshiro Takahashi;渡邉俊介，田家慎太郎，中村悠介，高須洋介，高橋義朗;関友宇，井上遼太郎，並木亮，北尾太市，高橋義朗;小西秀樹，原秀明，中島秀太，高須洋介，高橋義朗
• 通讯作者: 小西秀樹，原秀明，中島秀太，高須洋介，高橋義朗