Investigation of open quantum many-body systems based on the individual measurement of cold atoms and the post-selective statistical processing
Project/Area Number |
19K23431
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Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
0202:Condensed matter physics, plasma science, nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
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Research Institution | Institute for Molecular Science |
Principal Investigator |
Tomita Takafumi 分子科学研究所, 光分子科学研究領域, 特任助教 (50846392)
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Project Period (FY) |
2019-08-30 – 2022-03-31
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Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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Keywords | 冷却原子 / 開放量子系 / 光ピンセット / 光学 / 原子分子 / 量子エレクトロニクス |
Outline of Research at the Start |
本研究では、冷却原子気体を用いて、量子多体系に対して散逸が及ぼす影響を単一原子レベルで観測する実験を行う。散逸によって生じるロスイベント(量子ジャンプ)の数に応じて結果を分類し、事後選択的に解析することで、開放量子多体系における量子トラジェクトリごとのダイナミクスを明らかにする。光ピンセット配列による効率的な原子のトラップと冷却により、高速にデータを取得することで、実現確率が極めて低いイベントをサンプリングし統計的に解析する。これにより、開放量子多体系のダイナミクスを統計的混合状態で記述するという従来研究されてきた枠組みを超え、散逸が及ぼす非自明な効果を解明する。
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Outline of Final Research Achievements |
The goal of this study was to understand open quantum many-body systems based on the individual measurement and post-selective statistical processing using cold atoms in an optical tweezers array. First, we developed the experimental apparatus and succeeded in loading rubidium atoms, which are cooled down to the motional ground state, in a large-scale optical tweezers array with precisely controlled interatomic distances. Then, we quantitatively evaluated the effect of dissipation from the light of optical tweezers on the atoms. We also succeeded in exciting two atoms to the Rydberg state and inducing nanosecond-scale ultrafast interactions between the atoms. The integration of these elemental technologies will enable us to investigate the dynamics of open quantum many-body systems in the future.
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Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究で開発された要素技術を組み合わせて開放量子多体系のダイナミクスを追跡することで、近年発展を見せる非エルミート系理論の実験的検証や、統計的混合状態では見られない非従来型ダイナミクスの観測が可能になる。また今回実現した光ピンセット配列系は、量子コンピュータ技術として応用可能である。実際、超高速原子間相互作用は、2量子ビット操作の資源として使うことができることから、将来の量子コンピュータ社会実装へとつながり得る。また、光ピンセットに関する光学技術の開発によって得られた成果は、冷却原子実験に対してのみならず、光ピンセットを用いる他の研究分野に対しても有用な知見を与えると期待される。
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Report
(4 results)
Research Products
(9 results)
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[Presentation] 冷却Rb原子の無欠陥な任意配列の実装2020
Author(s)
周諭来, Sylvain de Leseleuc, 富田隆文, Mahesh Tirumalasetty Panduranga, 孟増明, Vineet Bharti, 素川靖司, 武井宣幸, 岡野泰彬, 千葉寿, 酒井寛人, 大林寧, 瀧口優, 安藤太郎, 大森賢治
Organizer
日本物理学会2020年秋季大会
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[Presentation] Towards observation and manipulation of ultrafast many-body dynamics of Rydberg atoms in optical tweezers arrays2019
Author(s)
T. Tomita, S. de Leseleuc, Y. Chew, M. T. Panduranga, S. Sugawa, N. Takei, H. Sakai, Y. Takiguchi, T. Ando, K. Ohmori
Organizer
Gordon Research Conference, Quantum Control of Light and Matter
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