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人工的スピン軌道相互作用した少数系における非古典的性質の解析

研究課題

研究課題/領域番号 20J10006
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
研究機関沖縄科学技術大学院大学

研究代表者

臼井 彩香  沖縄科学技術大学院大学, 科学技術研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード冷却原子 / 量子物理学 / エンタングルメント / 冷却原子気体
研究開始時の研究の概要

本研究の目的は、少数系の非古典的性質の探求である。現実的なセットアップの下での Entanglement の生成方法の提案し、量子状態制御や量子情報の分野に役立つツールを提供することを目指す。

1次元スピン軌道相互作用した2粒子を考える。スピン軌道相互作用は粒子に運動量を与え、その方向は擬スピンの状態に依存する。擬スピン依存のトラップの代わりに、スピン軌道相互作用を調節し、 粒子の移動や衝突のコントロールを実行する。粒子を移動させるために、その強さや他のパラメータ ーを調節する。

研究実績の概要

強い接触相互作用とスピン軌道相互作用の競合: 本研究の目的は、冷却原子系の非古典的性質の探求である。現実的なセットアップの下での位置的entanglementとスピン間entanglementを理論的に研究した。1次元スピン軌道相互作用した2粒子に、スピン軌道相互作用は粒子に運動量を与えることを考える。スピン軌道相互作用を調節し、 粒子の移動や衝突のコントロールし、粒子を移動させたり、entanglementを生成させる。強い接触相互作用が働く場合の、スピン軌道相互作用の効果を厳密に調べた。

原子集合系のentanglementの定量化: Entanglement measuresは量子系の非古典的相関の定量化するが、実際の実験データから計算するのは難しく、実質不可能であることが多い。この研究では、観測量の分散から計算できるentanglement criteriaから出発し、2つのentanglement measures(the best separable approximation (BSA)とthe generalized robustness (GR))の下限を解析的に導出した。これにより、基本的な物理量の測定のみで、系のentanglementを定量化できる。具体的な例として、spin-squeezed Bose-Einstein condensatesにbipartite entanglementやmultipartite entanglementが生成された場合を考え、集合的観測量やその2次 モーメントを用いて、BSAやGRの下限を求めた。 計画時の系は、2粒子でスピン作用を用いて空間entanglementを生成することを考えていたが、多粒子系の方が実験的に容易かつ理論的に興味深い特徴があることから、多粒子系である原子集合系を用い、トラップを変化させることで、空間entanglementを生成する場合に変更した。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Entanglement Quantification in Atomic Ensembles2021

    • 著者名/発表者名
      Fadel Matteo、Usui Ayaka、Huber Marcus、Friis Nicolai、Vitagliano Giuseppe
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 127 号: 1 ページ: 010401-010401

    • DOI

      10.1103/physrevlett.127.010401

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Simulating the Same Physics with Two Distinct Hamiltonians2021

    • 著者名/発表者名
      Karol Gietka, Ayaka Usui, Jianqiao Deng, and Thomas Busch
    • 雑誌名

      PHYSICAL REVIEW LETTERS

      巻: 126 号: 16 ページ: 160402-160402

    • DOI

      10.1103/physrevlett.126.160402

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Few bosons in with spin-orbit coupling in presence of strong atomic correlations2022

    • 著者名/発表者名
      Ayaka Usui
    • 学会等名
      Atomtronics
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin-orbit coupling in presence of strong atomic correlations2021

    • 著者名/発表者名
      Ayaka Usui
    • 学会等名
      BEC 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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