Towards the study of quantum engines in 41K-87Rb Bose-Bose Mixtures

致力于研究 41K-87Rb Bose-Bose 混合物中的量子引擎

基本信息

  • 批准号:
    1843543
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2016 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The particular questions this project aims to address can be summarised in the following four points: 1. Understanding the thermalization of the single particle with a bath - Thermalization and equilibration are usually treated following two different approaches, one originating from quantum optics and the other from quantum information theory. The provision of a (currently lacking) unified understanding of such fundamental phenomena is the core of this objective.2. Realisation of simple quantum thermo-machines - Realizing quantum engines requires to realize quantum thermodynamic transformations and combine them in cycles that can be run repeatedly. Our experiment will be able to realize Quantum Carnot, Otto and Diesel engines. 3. Quantum engineering of working medium - Quantum states are "richer" than classical ones. They feature quantum coherences from which one can extract work. Work can also be extracted from quantum correlations.4. Exploration of prototype many-particle quantum engines - Many-body effects can also be exploited to build more efficient engines. A working fluid of interacting quantum particles has been proven to produce more power than the sum of single-particle engines. Ultra cold atoms mixtures will be used in order to achieve the required low temperatures and degree of control over the system. In particular, the chosen atomic species for this experiment are 41K, which will be our single atom quantum engine, and 87Rb, which will act as a thermal bath. These two alkali metal can be cooled via laser cooling and a posterior evaporative cooling to the ultra cold regime. Furthermore, these two species present a very convenient interspecies Feshbach resonance that allows us to tune the interaction between them. In the current state, we are able to reach the ultra cold regime of 87Rb and the near ultra cold regime of 41K. After this, we will have to work in the novel methods to manipulate the atoms which are summarised in the following points: 1. Fibre-atom interfaces and fibre-based technology - Quantum systems integrated with optical fibres offer unprecedented flexibility and reconfiguration opportunities. A large number of quantum experiments have pursued such direction to interface quantum systems with micro-fabricated fibres, including atoms, mechanical resonators, ions, carbon nanotubes, quantum dots and wells and NV-centres in diamonds. Such versatility is promoting fibre-based systems as very exciting technological platforms.2. Realizing optical tweezers for single-atom manipulations - This is currently one of the hottest topics in the area of ultra-cold atoms. This technique is promising to realize arbitrary atom arrays atom by atom, and has also proven to be very effective in understanding few body physics and building quantum sensing devices. One of the most challenging yet tantalising directions is to realize optical tweezers for atoms of different species. This will demonstrate the first species-selective optical tweezer, thus contributing to this exciting quest.
这个项目旨在解决的具体问题可以总结为以下四点:1.理解单个粒子的热化--热化和平衡--通常按照两种不同的方法来处理,一种源于量子光学,另一种来自量子信息论。提供(目前缺乏的)对这些基本现象的统一理解是这一目标的核心。实现简单的量子热机-实现量子引擎需要实现量子热力学转换,并将它们组合在可以重复运行的循环中。我们的实验将能够实现量子卡诺、奥托和柴油发动机。3.工作介质的量子工程--量子态比经典态更丰富。它们的特点是量子相干,人们可以从中提取功。功也可以从量子关联中提取出来。探索原型多粒子量子引擎-也可以利用多体效应来制造更高效的引擎。相互作用的量子粒子的工作流体已经被证明产生比单粒子发动机的总和更大的功率。为了达到所需的低温和对系统的控制程度,将使用超冷原子混合物。特别是,为这个实验选择的原子物种是41K,它将是我们的单原子量子引擎,以及87Rb,它将充当热浴。这两种碱金属可以通过激光冷却和后蒸发冷却到超冷状态。此外,这两个物种呈现了一种非常方便的物种间费什巴赫共振,允许我们调整它们之间的相互作用。在目前的状态下,我们能够达到87Rb的超冷状态和41K的近超冷状态。在此之后,我们将不得不致力于操作原子的新方法,概括为以下几点:1.纤维-原子界面和基于纤维的技术-与光纤集成的量子系统提供了前所未有的灵活性和重新配置的机会。大量的量子实验一直在追求这样的方向,将量子系统与微型制造的纤维连接起来,包括原子、机械谐振器、离子、碳纳米管、量子点和量子井以及钻石中的NV中心。这种多功能性正在推动基于光纤的系统成为非常令人兴奋的技术平台。实现单原子操纵的光学镊子--这是当前超冷原子领域最热门的话题之一。这项技术有望实现原子间的任意原子阵列,并已被证明在理解少数体物理和构建量子传感器件方面非常有效。最具挑战性但也是最诱人的方向之一是为不同物种的原子实现光学镊子。这将展示第一个物种选择性光学镊子,从而为这一令人兴奋的探索做出贡献。

项目成果

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知道了