極低温中性原子の超狭線幅光学遷移を用いた大規模量子計算機の実現

利用低温中性原子超窄线宽光学跃迁实现大规模量子计算机

基本信息

批准号：
08J00524
负责人：
加藤真也
金额：
$ 1.15万
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：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

レーザー冷却による予備冷却と蒸発冷却を用いた量子縮退気体生成とを分離した実験装置を作成し、薄型のガラスセル内でイッテルビウム原子のボース・アインシュタイン凝縮の観測に成功した。さらにその量子縮退気体を光格子と呼ばれる周期ポテンシャルにローディングすることに成功した。特に三次元光格子を用いて、光格子中の原子が超流動状態からモット絶縁体状態に転移する様子を、吸収イメージング法を用いた物質波干渉の観測でもって確認することに成功した。また、光格子に捕捉されたイッテルビウム原子のボース・アインシュタイン凝縮をイッテルビウム原子の持つ超狭線幅光学遷移を用いて分光した。特に、磁場勾配下でのゼーマンシフトを利用した磁気共鳴分光を行うことで、光の波長程度の位置分解能をもった分光に成功した。この技術は近年飛躍的な発展を遂げる、光格子を用いた固体物性のシミュレーション実験のさらなる発展への重要な技術革新といえる。また、光格子中の各格子点の粒子占有数に応じたエネルギーシフトの測定にも成功した。光格子の同一格子点に複数の粒子が存在する場合、粒子間の相互作用によってエネルギーがシフトする。このエネルギーシフトは極低温での粒子間相互作用を特徴付けるs波散乱長と関連している。今回、イッテルビウム原子の持つ光学遷移による分光で、基底状態と電子励起状態のs波散乱長の決定に成功した。また、このs波散乱長の大きさが励起状態の磁気副準位に依存することも系統的に調べられ、基底状態と電子励起状態間の相互作用を研究する上で新しい知見を得た。さらに、この分光手法を光格子中の原子集団の超流動・モット絶縁体相転移に対しても適用し、分光的な手法を用いて定量的に相転移の振る舞いを観測することにも成功した。

我们创建了一种实验装置，将激光冷却的预冷却和蒸发冷却的量子简并气体生成分开，并成功观察了薄玻璃池中镱原子的玻色-爱因斯坦凝聚。此外，他们成功地将量子简并气体加载到称为光学晶格的周期性势中。特别是，利用三维光学晶格，通过吸收成像方法观察物质波干涉，成功确认了光学晶格中的原子从超流体态到莫特绝缘体态的转变。我们还利用镱原子的超窄线宽光学跃迁分析了捕获在光学晶格中的镱原子的玻色-爱因斯坦凝聚。特别是，通过在磁场梯度下使用塞曼位移进行磁共振光谱，我们成功地产生了位置分辨率与光波长相当的光谱。该技术可以说是进一步发展利用光学晶格进行固态物理性质模拟实验的一项重要技术创新，近年来取得了快速进展。我们还成功地测量了取决于占据光学晶格中每个晶格点的粒子数量的能量转移。当多个粒子存在于光学晶格中的同一晶格点时，能量由于粒子之间的相互作用而发生变化。这种能量转移与横波散射长度有关，横波散射长度表征了低温下粒子与粒子之间的相互作用。这次，我们成功地利用基于镱原子光学跃迁的光谱法确定了基态和电子激发态的横波散射长度。系统地研究了横波散射长度的大小取决于激发态的磁亚能级，并在研究基态与电子激发态之间的相互作用方面获得了新的发现。此外，他们将这种光谱方法应用于光学晶格中原子团的超流体/莫特绝缘体相变，并成功地利用光谱技术定量观察了相变的行为。