強相関リュードベリ原子を用いた非平衡量子開放系の量子シミュレーション

使用强相关里德伯原子的非平衡量子开放系统的量子模拟

• 批准号: 21H01021
• 负责人: 素川 靖司
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: The University of Tokyo (2023)Institute for Molecular Science (2021-2022)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01021/
• 关键词: 冷却原子系; 量子シミュレータ; リュードベリ原子; 多体ダイナミクス; 量子制御; レーザー冷却; 強相関系; 非平衡ダイナミクス; 量子シミュレーション; 冷却原子; 量子多体系; 広帯域レーザー

本研究課題では、冷却原子集団をリュードベリ励起および量子制御し、大規模な開放量子多体系の量子シミュレーションを行うことを目的としている。本年度は孤立量子系の多体スピンダイナミクスの研究を進めた。格子間隔532nmの3次元光格子中に生成したルビジウム(Rb)原子のモット絶縁体を、広帯域レーザーによってリュードベリ励起し、アト秒精度の時間領域ラムゼイ干渉によって、ピコ秒スケールの多体ダイナミクスを観測することに成功している。イジング模型を用いた理論解析を行い、新たに論文にまとめた（arXiv:2201.09590）。観測した多体スピンダイナミクスは平均場近似と半古典近似では全く説明できず、多体相関を適切に取り入れた移動平均クラスター展開、厳密解によって説明できることを明らかにした。次に、上記の多体スピンダイナミクスの研究を、等方的ファンデルワールス相互作用が働くリュードベリ状態へ拡張するために、広帯域パルスレーザー系の改良を行い、バンド幅をより広範囲に調整できるようにするとともに、アト秒精度の時間領域ラムゼー干渉の最大遅延時間を数ナノ秒まで拡張した。極低温Rbモット絶縁体を単一のリュードベリ状態へ選択的に励起し、明瞭なラムゼイ干渉稿を観測するとともに、平均場近似では全く説明ができない多体ダイナミクスを観測することに成功した。これらの成果は、広帯域レーザーを用いることで、隣接サイト間のリュードベリ・ブロッケードさえも回避でき、GHzオーダーの長距離相互作用が働く大規模な量子多体系が実現できたことを意味している。

This research topic で は, cooling atoms set 団 を リ ュ ー ド ベ リ wound up お よ び royal し quantum system, large-scale な open quantum system more の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line う こ と を purpose と し て い る. This year, the research on <s:1> isolated quantum system <s:1> many-body スピ, ダ, ナ, ナ, <s:1>, ス and を has advanced to めた. Grid interval of 532 - nm の 3 dimensional optical lattice に generated し た ル ビ ジ ウ ム (Rb) atomic の モ ッ ト never try を, hiroo 帯 domain レ ー ザ ー に よ っ て リ ュ ー ド ベ リ excitation し, ア precision の ト seconds field ラ ム ゼ イ dry involved に よ っ て, ピ コ seconds ス ケ ー ル の multi-body ダ イ ナ ミ ク ス を 観 measuring す る こ と に successful し て い る. The を ジ グ グ model を uses the た た theory to analyze the を line にまとめた and the new たに paper にまとめた (arXiv:2201.09590). 観 measuring し た multi-body ス ピ ン ダ イ ナ ミ ク ス は mean-field approximation と half classical で は く illustrate all で き ず, multi-body masato を appropriate に take り れ た moving average ク ラ ス タ ー expansion, 厳 solution に よ っ て illustrate で き る こ と を Ming ら か に し た. に, written の multi-body ス ピ ン ダ イ ナ ミ ク ス を の research, such as party フ ァ ン デ ル ワ ー ル ス interaction が 働 く リ ュ ー ド ベ リ state へ company, zhang す る た め に, hiroo 帯 domain パ ル ス レ ー ザ ー の improved line を い, バ ン ド picture を よ り hiroo van 囲 に adjustment で き る よ う に す る と と も に, ア precision の ト seconds field ラ ム ゼ ー dry involved の most A large 遅 delay interval を number ナノ seconds まで拡 pieces of 遅 た. Extremely low temperature Rb モ ッ ト never try body を 単 a の リ ュ ー ド ベ リ state へ sentaku に excitation up し, clear な ラ ム ゼ イ dry involved draft を 観 measuring す る と と も に, mean field approximation で は く illustrate all が で き な い multi-body ダ イ ナ ミ ク ス を 観 measuring す る こ と に successful し た. こ れ ら の results は, hiroo 帯 domain レ ー ザ ー を with い る こ と で, 隣 サ イ ト between の リ ュ ー ド ベ リ · ブ ロ ッ ケ ー ド さ え も avoid で き, GHz オ ー ダ ー の long-distance interaction が 働 く large-scale な quantum system more が be presently で き た こ と を mean し て い る.

项目成果

Wilson loop and Wilczek-Zee phase from a non-Abelian gauge field

• DOI: 10.1038/s41534-021-00483-2
• 发表时间: 2019-10
• 期刊: npj Quantum Information
• 影响因子: 7.6
• 作者: S. Sugawa;F. Salces-Carcoba;Y. Yue;A. Putra;I. Spielman

アト秒精度の極低温・超高速量子シミュレータ

具有阿秒精度的低温和超快量子模拟器

• 发表时间: 2021
• 期刊: 固体物理
• 作者: 素川靖司;富田隆文;Sylvain de Leseleuc;安藤太郎;武井宣幸;大森賢治
• 通讯作者: 大森賢治

Multiple-camera defocus imaging of ultracold atomic gases

• DOI: 10.1364/oe.422981
• 发表时间: 2021-05-24
• 期刊: OPTICS EXPRESS
• 影响因子: 3.8
• 作者: Perry, A. R.;Sugawa, S.;Spielman, I. B.
• 通讯作者: Spielman, I. B.

光格子を用いたアト秒精度の極低温・超高速多体量子シミュレータの開発

使用光学晶格开发具有阿秒精度的低温和超快多体量子模拟器

• 发表时间: 2021
• 作者: T. Tomita;S. Taguchi;T. Tsuji;素川 靖司
• 通讯作者: 素川 靖司

Ultrafast many-body dynamics in an ultracold Rydberg-excited atomic Mott insulator

超冷里德伯激发原子莫特绝缘体中的超快多体动力学

• 发表时间: 2022
• 期刊: arXiv:2201.09590
• 作者: V. Bharti;S. Sugawa;M. Mizoguchi;M. Kunimi;Y. Zhang;S. de Leseleuc;T. Tomita;T. Franz;M. Weidemueller;K. Ohmori
• 通讯作者: K. Ohmori