[論文レビュー] An omniscient Maxwell's demon

Aishwarya Kumar, Tsung-Yao Wu+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 6, 2018

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用数 46

ひとこと要約

著者らはリアルタイムの状態反転と状態依存の運動を用いて、5×5×5 Cs光格子の原子をサブ格子に分配し、高い充填率と最大のエントロピー低減を実現し、Maxwell’s demonに似た動作を示す。

ABSTRACT

We demonstrate highly filled 3D arrays of neutral atoms by moving individual atoms in a 3D optical lattice. Starting from a randomly half-filled 5x5x5 optical lattice of Cesium atoms, a sorting algorithm calculates and implements a sequence of high fidelity targeted state flips and state dependent motion steps to fill a sub-lattice in real time. We achieve a filling fraction of ~97% and a perfect filling rate of 30%. With 89% of the atoms cooled to the 3D vibrational ground state, the sorting procedure reduces the configurational entropy by a factor of 8 and the total system entropy by a factor of 2.44. The sorting process is analogous to a Maxwell's demon.

研究の動機と目的

• リアルタイムに原子を移動させて、3D光格子の高忠実度充填を実証する。
• 標的な状態操作による充填率とエントロピーの改善を定量化する。
• この過程が組成エントロピーと系全体エントロピーの低減を効果的に示す。
• 振動基底状態の占有を含む冷却状態分布を分析する。

提案手法

• ランダムに半充填された5×5×5 Cs格子を準備する。
• 高忠実度の標的状態反転と状態依存運動のシーケンスを計算・適用する。
• ソートアルゴリズムの結果に基づいてリアルタイムでサブ格子を埋める。
• 充填率と振動基底冷却割合を測定する。
• エントロピー低減因子（組成エントロピーと全エントロピー）を評価する。
• 情報からエントロピーへの文脈でMaxwell's demonに例える。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 リアルタイムのソーティングアルゴリズムは、ランダムな3D格子占有を高忠実度で高度に秩序だったサブ格子へ変換できるか。
• RQ2 標的操作を用いた3D光格子で達成可能な充填分率と状態コヒーレンス（基底状態冷却）とは何か。
• RQ3 中性原子アレイにおける原子ごとのソートで、組成エントロピーと全エントロピーはどの程度低減できるか。
• RQ4 この過程は情報からエントロピーへの変換においてどの程度Maxwell's demonに似ているか。

主な発見

• 対象サブ格子で約97%の充填率を達成。
• サブ格子の完全充填率は30%。
• 原子の89%が3D振動基底状態へ冷却。
• ソーティングにより組成エントロピーを8倍低減。
• ソーティングにより系全体のエントロピーを2.44倍低減。