Experimental study on open quantum many-body systems using strongly correlated cold atoms
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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 |
Granted (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 / 開放系 / 開放量子多体系 / 冷却原子 / エンタングルメント / 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 |
本研究では、光格子中のボース凝縮またはフェルミ縮退領域まで冷却されたイッテルビウム(Yb)原子を用いて、制御された非平衡開放量子多体系の量子ダイナミクスを実験的に研究することで、これまでそれほど探究されなかった「制御された開放量子多体系」というフロンティアを開拓することを目的としている。孤立量子系で行ってきた、研究代表者の高須が遂行する実験的研究と研究分担者の段下が遂行する理論的研究の一致を開放量子系でも目指す。また散逸が誘起する、エンタングルメントの体積則・面積則の転移などの新たな物理現象の探索を行う。研究代表者の高須は、2022年度は、2021年度に引き続き、光格子中に捕獲されたボース原子を用いた非平衡ダイナミクスの実験的測定を行った。ボソン光格子系において、特異的な初期状態から光格子深さを急に浅くすること(クエンチ)で原子の光格子間のホッピングを引き起こし、そこからの原子の状態を観測した。特に、2021年度における予備実験で判明していた、複数の１次元系の間のホッピングによる緩和を防ぐために、光格子をより深くするなどの実験的な改良を行った。さらに、多成分フェルミ原子気体に２体ロスを導入してスピン１重項状態の原子を選択的に系から取り除くことで、スピン３重項状態のみが残るディッケ状態の実験的生成とその観測を行った。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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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
2022年度では、2021年度に引き続き、研究分担者の段下が独自に提案した系を中心に実験を行った。特に、2021年度における予備実験で判明していた、複数の１次元系の間のホッピングによる緩和を防ぐために、光格子をより深くするなどの実験的な改良を行った。さらに、研究代表者の高須はスピン相関の散逸によるダイナミクスの測定などの実験的を完成させた。研究分担者の段下は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。このように、研究は当初の計画以上に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度は引き続き、散逸が誘起するエンタングルメントの体積則・面積則の転移などの新たな物理現象の探索を行う。実験と理論の定量的な議論は随時おこなっていくとともに、投稿論文としてまとめる。
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Report
(2 results)
Research Products
(58 results)
