冷却原子を用いた量子多体ダイナミクスの量子シミュレーション
2020-10-09 京都大学
高橋義朗 理学研究科教授、高須洋介 同准教授、段下一平 近畿大学准教授、後藤慎平 同研究員、長尾一馬 独国・ハンブルグ大学研究員の研究グループは、非局所相関の伝搬の観測とエネルギー保存則の検証に成功しました。
本研究グループは、原子の量子的な波の伝達を観測し、数値計算と比較する「量子シミュレーション」と呼ばれる研究を行いました。本研究は、レーザー光がつくる規則正しい格子パターンに原子を閉じ込める「光格子」を用いました。1つの格子点に原子を1つずつ閉じ込め、そこから閉じ込めを急激に弱めます。すると、原子が光格子中を飛び回ります。本研究では、新たに開発した実験手法を用いて、この原子の運動が、非局所相関という形で、量子的な波の伝達の位相成分に相当するものを観測することに成功しました。
また、この量子系では、原子が飛び回ると運動エネルギーと相互作用エネルギーが変化します。各エネルギーを直接測定することにより、その和についてのエネルギー保存則が成り立っていることを実験的に確認しました。エネルギー保存則の量子多体系における世界で初めての実験的な確認です。これらの非局所相関、エネルギー再分配の両方で、実験結果と理論計算ともよい一致を示しました。
本研究成果は、2020年10月1日に、国際学術誌「Science Advances」に掲載されました。
図：光格子中原子のイメージ図
