Experimental study on open quantum many-body systems using strongly correlated cold atoms
| Project/Area Number |
21H01014
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
高須 洋介 京都大学, 理学研究科, 准教授 (50456844)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
段下 一平 近畿大学, 理工学部, 准教授 (90586950)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
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| Keywords | 量子多体系 / 冷却原子 / 量子シミュレーション / エンタングルメント / 非平衡状態 / 開放系 / 開放量子多体系 / エンタングルメントエントロピー |
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| Outline of Research at the Start |
孤立量子系である光格子中の原子に対し、外部から散逸を導入する。散逸としては、２体ロス、および１体ロスを考えている。ロスを導入したあとのダイナミクスや、光格子の深さを急激に変化させる（クエンチ）後の状態を観測する。この観測結果と理論を定量的に比較する。本研究遂行のために実験を担当する研究代表者と理論計算を担当する研究分担者との間で密接な協力体制を構築する。達成目標は、強相関冷却原子気体を用いた開放量子多体系での実験結果と理論計算結果の定量的な一致である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度となった2023年度は、光格子中において、あるサイトに2個、その隣は0個、その隣は2個というように、つまり(…0,2,0,2,0……)という特異な初期状態(以下|2,0>状態)を用意し、そこから光格子深さを急激にさげてサイト間ホッピングを可能にし（クエンチ）、系の時間発展を観測する非平衡ダイナミクスの実験的測定とその理論計算との比較を集中的に行った。共同研究者の段下らによる理論提案では、ヒルベルト空間の断片化（Hilbert Space Fragmentation）により、|2,0>状態は熱平衡に達しないことが示されており、非常に興味深い非平衡ダイナミクスが期待される。実験結果を共同研究者の段下らによる数値シミュレーションと比較した。その結果は、実験と理論的計算がほぼ一致するという結果を得た。一方、トラップポテンシャルや原子密度の不均一性などが熱平衡化に大きな影響を与えるという新しい知見も得ることができた。また、|2,0>状態からのクエンチと比較する目的で、光格子中において、あるサイトに1個、その隣は0個、その隣は1個というように、つまり(…0,1,0,1,0……)という初期状態（以下|1,0>状態)も用意して、そこからの非平衡ダイナミクスも測定した。この状態は熱平衡に達することが期待されるので、対照実験として最適である。これも実験と理論のよい一致を得ることができた。
また、研究分担者の段下は、ボソン冷却原子系、フェルミオン冷却原子系だけでなく、スピン系を含めた。新たな理論的な実験提案を含む様々な理論的研究を行った
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(102 results)
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[Presentation] A dual-isotope ytterbium atom array2024
Author(s)
Y. Nakamura, T. Kusano, R. Yokoyama, K. Saito, K. Higashi, N. Ozawa, T. Takano, Y. takasu, and Y. Takahashi
Organizer
Aoki Moonshot PJ Workshop on Frontier of two-electron atoms and cavity QED
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[Presentation] Quench Dynamics of Renyi Entanglement Entropy in Non-Interacting and Strongly-Interacting Bosons2023
Author(s)
Daichi Kagamihara, Ryui Kaneko, Shion Yamashika, Kota Sugiyama, Ryosuke Yoshii, Shunji Tsuchiya, and Ippei Danshita
Organizer
Yukawa Institute for Theoretial Physics, Kyoto University, Kyoto, Japan（YIPQS long-term workshop “Quantum Information, Quantum Matter and Quantum Gravity”）
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