[論文レビュー] Tunable Supersolids of Rydberg Excitations Described by Quantum Evolutions on Graphs

Dieter Jaksch|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2011

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、基底状態原子のモット絶縁体に短いレーザーパルスを印加することにより、2次元光格子内のラビッチ励起状態のチューナブルな超固体相を動的に生成する手法を提案する。強相関量子力学的ダイナミクスのための新規な解析的枠組みを用いて、著者らは超固体構造がレーザーパラメータによって制御可能であることを示し、相関関数および圧力による完全な特徴付けが可能であり、複雑な量子力学的進化の多項式時間シミュレーションが可能である。

ABSTRACT

We show that transient supersolid quantum states of Rydberg-excitations can be created dynamically from a Mott insulator of ground state atoms in a 2D optical-lattices by irradiating it with short laser pulses. The structure of these supersolids is tunable via the choice of laser parameters. We calculate first, second and fourth order correlation functions as well as the pressure to characterize the supersolid states. Our study is based on the development of a general theoretical tool for obtaining the dynamics of strongly interacting quantum systems whose initial state is accurately known. We show that this method allows to accurately approximate the evolution of quantum systems analytically with a number of operations growing polynomially.

研究の動機と目的

• 初期状態が既知の強い相互作用を示す量子系のダイナミクスをシミュレートする一般的な理論的枠組みの構築を目的とする。
• 短いレーザーパルスを用いたラビッチ励起系における超固体相の動的生成を検討することを目的とする。
• 第一、第二、および第四次相関関数および圧力などの熱力学的量を用いて、得られた超固体を特徴付けることを目的とする。
• 正確なレーザーパラメータの制御により、超固体の秩序パラメータをチューニング可能とすることを目的とする。
• 本手法が、多項式スケーリングの計算コストで複雑な量子力学的進化を正確に近似可能であることを示すことを目的とする。

提案手法

• 本手法は、強相関ラビッチ系のダイナミクスをモデル化するための、グラフ上の量子力学的進化に基づく理論的枠組みを採用する。
• 時間発展の出発点として、基底状態原子のモット絶縁体という既知の初期状態を用いる。
• 系のサイズに対して多項式スケーリングとなる技術を用いて、解析的にダイナミクスを近似することで、複雑な多体系進化の効率的シミュレーションが可能となる。
• 非対角および対角の長距離秩序を調査するために、第一、第二、および第四次相関関数を計算する。
• 超固体相の特徴付けをさらに進めるために、熱力学的圧力を計算する。
• パルス強度、継続時間、周波数オフセットなどのレーザーパラメータを系統的に変化させ、出現する超固体構造をチューニングする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2次元光格子内において、モット絶縁体から短時間のラビッチ励起超固体相を動的に生成できるか？
• RQ2 得られた超固体の構造および性質は、レーザーパラメータによってどの程度チューニング可能か？
• RQ3 多項式時間の解析的手法を用いることで、強い相互作用を示すラビッチ系の多体ダイナミクスはどの程度正確に近似可能か？
• RQ4 高次相関関数および圧力は、超固体相の特徴付けにおいてどのような役割を果たすか？
• RQ5 提案された手法は、初期状態が既知の複雑な強相関系の量子力学的進化を、効率的にシミュレート可能か？

主な発見

• 本手法により、操作数が系のサイズに対して多項式的に増加する解析的近似が、強相関系の量子力学的進化を正確に可能とする。
• 2次元モット絶縁体に短いレーザーパルスを印加することで、チューナブルなラビッチ励起超固体相が成功裏に生成された。
• 第一、第二、および第四次相関関数により、非対角および対角の両方の長距離秩序が確認され、超固体に特徴的な性質が裏付けられた。
• 圧力の計算により、超固体相と他の量子相を区別する熱力学的シグナチャーが得られた。
• 超固体の構造および安定性は、パルス継続時間や強度などのレーザーパラメータによって制御可能であった。
• 理論的枠組みにより、従来の数値的手法では困難な複雑な量子力学的ダイナミクスの効率的シミュレーションが可能となった。