2016 Fiscal Year Annual Research Report
Control of dynamics and high precision measurement of ultracold atomic wave packet by temporally modulated optical lattice
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26400416
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
渡辺 信一 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (60210902)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 極低温原子波束 / photoconductivity / ホールダイナミクス / フェルミ原子系 / リドベルグ原子 / 量子シミュレーション / 量子多体系 / 量子もつれ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
理論研究では、放物型トラップ中のポテンシャル最小値近傍に捕獲された冷却原子が、光格子の振幅変調の影響下で如何に振る舞うかを調べ、フェルミ系のホール(hole)ダイナミクスを再検討した。量子力学的基底状態から準古典的な分布関数（Wigner分布関数)を構築して、これを初期条件にリュービル方程式による確率密度分布の時間発展を計算した。準古典動力学が長い時間スケールでも殊の外正確に量子動力学を再現することが分かり、興味深い。
ハンブルグ大学で実施された実験との詳しい比較も行った。まず、実験におけるホール状態の時間変化は確率密度分布の位相空間内における回転を反映することが分かった。また実験におけるホール状態の減衰は、数値計算よりも急速に起こることが分かった。ホール状態の減衰に何が影響するかを明らかにするために、系の初期温度が有限であること、実験が3次元であること、放物型トラップに非調和歪みがあることの3つの可能性を評価する量子計算を実施して調べたが、いずれも不一致を説明するには不十分であった。振幅変調の不完全性（励起周波数に第2高調波や白色雑音が混入している可能性）も調べたが、ホールのダイナミクスを実質的に変化させない。実験における加熱などの環境の影響が想定されるから、完全に孤立した格子システムでは、ホールダイナミクスが、本質的に長いコヒーレンス時間を有することを示唆する。
実験研究では、マイクロ光トラップアレー中のレーザー冷却Rb原子を用いて量子多体系の量子シミュレーションを実現することを目指した。トラップアレー中の複数のRb原子をレーザーでリドベルグ状態に励起すると、リドベルグ原子間の強い相互作用により1個のみが励起されるブロッケード効果が起きる。最大4個の原子間で量子もつれ状態を作る事ができた。さらに原子数を増やす事で量子スピン系のシミュレーションを実現する見通しが立った。
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