2017 Fiscal Year Annual Research Report
Quantum simulator for many body systems using cold Rydberg atoms in optical microtrap arrays
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17H02935
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
中川 賢一 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 教授 (90217670)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮本 洋子 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (50281655)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 量子シミュレーション / 冷却原子 / 量子もつれ / リュードベリ原子 / 量子多体系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は２次元マイクロ光トラップアレー中のレーザー冷却Rb原子をレーザー光でリドベルグ(Rydberg)状態に励起することにより、量子多体系の量子シミュレーションを実現することが目的である。本研究の特徴は、空間位相変調器を用いた光トラップにより、任意の空間配置で原子をトラップすることが可能となり、三角格子やカゴメ格子など物性的に興味がある量子スピン系の量子シミュレーションが実現可能となる点にある。
H29年度においては、先ず、先行研究で開発したマイクロ光トラップアレーを用いて原子を一次元格子状に並べ、隣接するスピン間に相互作用があるイジングモデルで表される量子スピン系の量子シミュレーションを実現して、理論と比較して量子シミュレーターとしての性能を評価する。次に先行研究で開発したマイクロ光トラップアレーにおける単一原子の充填率を改善するため、光ピンセットを用いたアレー中の原子の並び替えや、光誘起衝突を用いた単一原子のローディング効率の向上を行う方法を開発して、欠損が無い20
～50個の原子アレーを実現する。さらに50個程度の多数の原子をリドベルグ状態にコヒーレントに励起するため、高出力かつ周波数高安定なリドベルグ状態励起用のレーザーを開発する。これらの新しい技術および改良を行って最終的に50個程度の量子スピン系の量子シミュレーションを実現することを目指す。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の予定通り、既存の実験装置を用いて5～10個の原子を用いた量子スピン系の量子シミュレーションの実験を行うことができ、量子シミュレーターとしての基本的な動作および性能を確認することができた。高効率な単一原子のローディング法に関しては、レーザーの準備および並び替えのデータ作成のプログラムの準備ができている。また励起用のレーザー光源の開発に関しては、420nmおよび1013nmの外部共振器型半導体レーザーおよび基準共振器の準備ができており、ほぼ予定通り研究が進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
H30年度に実験室のある建物の大規模修繕工事が入ることが決定し、約3か月間、実験室が閉鎖されて実験が中断してしまう。また今まで中心となって実験を行っていた博士後期課程の大学院生が卒業してしまうため、この実験を引き継いで行ってもらう大学院生または研究員を確保する必要があり、H30年度は研究が当初の予定より進捗が遅れる可能性がある。このため、今までの実験結果を解析してその問題点を明らかにして、これを基に本格的な量子シミュレーションの実現に必要な要素技術の開発を行う予定である。
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Research Products
(9 results)
