[논문 리뷰] Interspecies entanglement with impurity atoms in a bosonic lattice gas

Saubhik Sarkar, S. McEndoo외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 05. 04.

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 강한 상호작용을 보이는 1차원 시스템에서 불순물 원자와 보존 격자 기체 사이의 이종 간섭이 어느 한 종의 측정에 어떻게 영향을 미치는지 조사한다. 분석적 소수입자 방법과 밀도행렬다각화그룹(DMRG) 시뮬레이션을 사용하여, 불순물의 동역학이 다체 상태를 탐지할 수 있음을 보이며, 동시에 간섭이 최소화되는 매개변수 영역을 규명하여 비파괴적 측정이 가능하게 한다.

ABSTRACT

The dynamics of impurity atoms introduced into bosonic gases in an optical lattice have generated a lot of recent interest, both in theory and experiment. We investigate to what extent measurements on either the impurity species or the majority species in these systems are affected by their interspecies entanglement. This arises naturally in the dynamics and plays an important role when we measure only one species. We explore the corresponding effects in strongly interacting regimes, using a combination of few-particle analytical calculations and Density Matrix Renormalisation group methods in one dimension. We identify how the resulting effects on impurities can be used to probe the many-body states of the majority species, and separately ask how to enter regimes where this entanglement is small, so that the impurities can be used as probes that do not significantly affect the majority species. The results are accessible in current experiments, and provide important considerations for the measurement of complex systems with using few probe atoms.

연구 동기 및 목표

• 불순물 원자와 보존 격자 기체 사이의 이종 간섭이 어느 한 종의 측정에 어떻게 영향을 미치는지 이해하는 것.
• 불순물의 동역학이 다체 상태의 주로 보존 종을 어떻게 탐지할 수 있는지 규명하는 것.
• 간섭이 최소화되는 실험적 영역을 특정하여, 불순물이 간섭을 일으키지 않는 탐지기로 기능할 수 있도록 하는 것.
• 소수의 탐지 원자를 사용하여 복잡한 양자 다체 시스템을 측정하는 데 있어 실험적으로 접근 가능한 통찰을 제공하는 것.

제안 방법

• 강한 상관관계가 있는 영역을 연구하기 위해 소수입자 분석 계산과 1차원 밀도행렬다각화그룹(DMRG) 방법을 조합한다.
• 불순물 원자의 동역학을 보존 광학 격자에서 모델링하며, 이종 간섭의 발생에 초점을 맞춘다.
• 불순물 또는 주로 보존 종에서의 측정 결과를 분석하여 간섭의 영향을 평가한다.
• 상호작용 강도와 격자 깊이와 같은 제어 매개변수를 규명하여 간섭의 정도를 조절할 수 있도록 한다.
• 분석적 해가 제한된 강한 상호작용 시스템을 DMRG를 사용해 시뮬레이션한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 보존 격자 기체에서 불순물 또는 주로 보존 종의 측정에 이종 간섭이 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 불순물과 주로 보존 종 사이의 간섭이 최소화되는 매개변수 영역은 어디인가?
• RQ3 불순물의 동역학은 보존 배경의 다체 상태를 신뢰할 수 있는 탐지수 Mittel로 사용할 수 있는가?
• RQ4 불순물 원자의 동역학에서 간섭의 측정 가능한 서명은 무엇인가?

주요 결과

• 특히 강한 상호작용 영역에서, 한 종만 관측할 경우 이종 간섭이 측정 결과에 크게 영향을 미친다.
• 불순물의 동역학은 기저 보존 격자 기체의 다체 상관관계를 탐지하는 데 사용될 수 있다.
• 간섭이 억제되는 영역이 존재하여, 불순물이 주로 시스템을 비파괴적으로 탐지할 수 있도록 한다.
• 결과들은 현재의 초냉각 원자 실험에서 접근 가능하여 이론적 예측을 직접 검증할 수 있다.