2020 Fiscal Year Research-status Report
Edge states using ultracold atoms
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19K14639
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
素川 靖司 分子科学研究所, 光分子科学研究領域, 助教 (70768556)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 冷却原子 / 人工ゲージ場 / 量子制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
トポロジカル相に関する研究は、凝縮系に限らず、近年、その概念や理論的基礎を共通として、高い制御性を有する様々な物理系にも大きな拡がりを見せている。本研究課題で用いる、電荷を持たないレーザー冷却された中性原子集団もその一つである。本研究課題では冷却原子を用いたトポロジカル相に関する研究の可能性を拡げるため、バルクの非自明なトポロジカルな性質が境界面の物性に現れる「バルク・エッジ対応」に着目して、レーザー光で着衣した冷却原子集団を用いて実空間中のトポロジカルなエッジ状態を観測することを一つの目標としている。さらに、トポロジカル物性にインスパイアされた冷却原子系ならではの可能性を探ることも目指している。
本年度はトポロジカル模型そのものに着目し、まずスピン・ホール効果を冷却原子系で観測する新手法について検討を進めた。実験を行う上で重要な制御パラメータ、スピン・ホール効果の検出方法を具体的に検討して実現可能性を評価した。さらに、トポロジカル模型を記述するハミルトニアンに着目し、ルビジウム(Rb)原子に対して単一量子ビットの断熱的なホロノミックゲート操作を行う手法を提案することに成功した。カップリング・パラメータを変えることで、任意の単一ゲート操作が可能であることが分かった。この断熱的な量子操作は幾何学的位相の獲得に伴う内部状態変化を用いたものであり、ある種の外部ノイズに対して耐性があることも明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
量子制御手法やゲート操作への応用可能性など本研究課題に関わる事項について進展があった一方で、冷却原子集団を用いた実験が実験機器の故障等により遅れているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
全光学的手法によってRb原子のボース・アインシュタイン凝縮体を実現する。非ガウシアンビーム型・光トラップをホログラフィック技術によって生成し、超高真空槽内に生成したBECを光トラップに断熱的に導入する。
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| Causes of Carryover |
実験機器の故障等があり新光源や超高真空装置周りのシステム構築に遅れが出たため。次年度はこれらの実験系構築に使用する。
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