Locality and delocalization of information in thermalization of isolated quantum systems -towards an experimental approach using ultracold atoms-

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本研究課題は、量子多体系における情報の非局所化と情報伝搬の局所性について、非常に良い孤立量子系である冷却原子系の熱化・緩和過程を主たる研究対象として、実験と理論の双方からその学理を明らかにすることを目的としている。当該年度において研究代表者(実験担当)は、前年度に引き続き、この研究の舞台となる光格子中の冷却リチウム(Li)原子系の構築を進めた。当該年度はまず、Li原子のレーザー冷却(磁気光学トラップ, MOT)の光学配置の修正・最適化後、磁場勾配と光強度を動的に変化させる圧縮MOTを試み、これによりMOT中の原子温度をより低下させ、Li原子を非共鳴光双極子トラップ(FORT)へ移行することに成功した。さらに磁場フェッシュバッハ共鳴によりLi原子間の散乱長(相互作用)を大きくすることでFORT中での蒸発冷却を実現した(日本物理学会で発表)。また、散乱長が正かつ大きな領域で蒸発冷却を行い、6Li原子2個からなる6Li2分子のボース・アインシュタイン凝縮を実現した。研究分担者(理論担当)は、本年度、光格子系での量子情報の伝播やその観測方法の提案を念頭に研究を進めた。当該年度中に、スピン系(JPSJ(2022))、および光格子中の自由ボソン系(PRA(2022))のエンタングルメントのダイナミクスに関する論文と、有限温度下におけるグラフ状態の効率的なフィデリティ推定の方法の提案(PRA(2023))の論文が出版された。また、非平衡量子系における幾何学的な位相に由来した熱機関の構成(arXiv:2205.15193)、光格子中における相互作用系ボソンのエンタングルメントのダイナミクスの解析(arXiv: 2209.13340)に関する研究を行い、論文を投稿した。また脱分極ノイズの存在下におけるフィデリティ推定の方法の提案(arXiv: 2304.10952)も投稿準備中である。