大質量比を持つ三種混合冷却原子気体を用いた量子シミュレータの開発

大质量比三元混合冷却原子气体量子模拟器的研制

• 批准号: 21J20153
• 负责人: 水上 尚人
• 金额: $ 1.41万
• 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: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J20153/
• 关键词: エルビウム; リチウム; 冷却原子; 混合系; フェッシュバッハ共鳴

本研究では、大質量比を有するエルビウム (Er) 原子とリチウム (Li) 原子の混合系を生成し、これら異種原子間の相互作用の強さを操作できることを実証した。冷却原子の研究分野では本研究で用いたイッテルビウム (Yb) やリチウム (Li) 原子を含め多くの種類の原子がレーザー冷却技術により量子的性質を呈する極低温まで冷却できることが知られている。また特定の原子間では外部磁場により原子間の散乱長が変化することが確認されており、外部磁場を設定することで原子間の相互作用の強さを変化させることができる。一度に冷却される原子の数は数万個にも及び、複数の量子が複雑に絡み合う量子多体系のシミュレーションに最適なプラットフォームである。さらに我々の扱ったような異なる種類の原子の混合系では、それぞれの原子に対して相互作用、原子数密度を変化させられるだけでなく、異種原子間の相互作用をも操作することができ、固体中に不純物を含むような複雑な量子系を、一方の原子を不純物、他方の原子を電子に見立てることで再現することができる。我々は理論的には異種原子間でのフェッシュバッハ共鳴が予想されていたエルビウムーリチウム混合系を実現し、これらの原子間のフェッシュバッハ共鳴を実験的に観測した。またエルビウムーリチウム混合系を生成する際には、3種目の要素としてイッテルビウム原子を冷媒として用いることで、より効率的にエルビウムーリチウム混合系を冷却した。本研究により、不純物問題、p波超流動などの量子多体系の問題を再現するのにエルビウムーリチウム混合系が最適な原子の組み合わせであることが分かった。

这项研究表明，可以产生具有较高质量比的Erbium（ER）和锂原子的混合系统，并且可以操纵这些杂原子之间的相互作用强度。在冷却原子的研究领域中，众所周知，本研究中使用的许多类型的原子，包括Ytterbium（Yb）和锂（Li）原子，可以使用激光冷却技术将其冷却至极度低温的温度，这些温度表现出量子性质。还已经证实，由于特定原子之间的外部磁场以及设置外部磁场，原子之间的散射长度变化，可以改变原子之间的相互作用强度。一次冷却的原子数量是数以万计的原子，使其成为模拟量子多体系统的理想平台，其中多种量子以复杂的方式交织在一起。此外，在不同类型的原子的混合系统中，例如我们处理过的原子，不仅可以更改每个原子的相互作用和原子的密度，而且还可以操纵杂原子之间的相互作用，并且可以通过假设一种原子作为杂质和另一个电子和另一个电子来复制固体中包含固体中的杂质的复杂量子系统。我们意识到了锂混合系统，从理论上讲，该系统将在杂原子之间产生feschbach的共振，并在这些原子之间实验观察到的feschbach共振。此外，当产生锂混合系统时，将ytterbium原子作为制冷剂用作制冷剂，以更有效地冷却锂混合系统。这项研究表明，锂混合系统是繁殖量子多体问题的原子的最佳组合，例如杂质问题和P波超氟化。

项目成果

Feshbach resonances of large-mass-imbalance Er-Li mixtures

大质量不平衡铒锂混合物的费什巴赫共振

• DOI: 10.1103/physreva.105.012816
• 发表时间: 2022
• 期刊: Phys. Rev. A,
• 作者: F. Schaefer;N. Mizukami;and Y. Takahashi
• 通讯作者: and Y. Takahashi