Experimental study on open quantum many-body systems using strongly correlated cold atoms

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01014
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Takasu Yosuke 京都大学, 理学研究科, 准教授 (50456844)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 段下 一平 近畿大学, 理工学部, 准教授 (90586950)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 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

Outline of Final Research Achievements

We have observed the non-equilibrium dynamics of Bosonic atoms in an optical lattice system, in which hopping is induced by a sudden quench of the optical lattice depth from a isolated Mott state. In this system, it was theoretically confirmed by the collaborators that the system does not reach to a thermal equilibrium state due to Hilbert space fragmentation. Furthermore, by introducing a two-body loss into the multi-component Fermionic atoms and selectively removing atoms in the spin singlet state from the system, we have experimentally generated and observed Dicke states in which only the spin triplet state remains.

Free Research Field

原子物理学

Academic Significance and Societal Importance of the 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した。孤立量子系で行ってきた、研究代表者が遂行する実験的研究と研究分担者が遂行する理論的研究の一致を開放量子系でも目指し、新たな領域を開拓した。