[论文解读] Interspecies entanglement with impurity atoms in a bosonic lattice gas

Saubhik Sarkar, S. McEndoo+2 more|arXiv (Cornell University)|May 4, 2018

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用 3

一句话总结

本研究探讨了杂质原子与费米子格点气体之间的种间纠缠如何影响对任一物种的测量，特别是在强关联的一维系统中。通过结合少体分析方法与密度矩阵重正化群（DMRG）模拟，研究发现杂质动力学可探测多数物种的多体态，同时识别出纠缠最小化的参数区域，从而实现非侵入式探测。

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.

研究动机与目标

• 理解杂质原子与玻色子格点气体之间的种间纠缠如何影响对任一物种的测量。
• 确定杂质动力学如何用于探测多数玻色子物种的多体态。
• 识别出纠缠最小化的实验参数区域，使杂质可作为非扰动探针。
• 为利用少量探测原子测量复杂量子多体系统提供实验可实现的见解。

提出的方法

• 结合少体分析计算与一维密度矩阵重正化群（DMRG）方法，研究强关联区域。
• 模拟杂质原子在玻色子光晶格中的动力学，重点关注种间纠缠的出现。
• 分析对杂质或多数物种的测量结果，以评估纠缠的影响。
• 识别可调节纠缠程度的控制参数，如相互作用强度和晶格深度。
• 使用DMRG模拟分析解法受限的强关联系统。

实验结果

研究问题

• RQ1 在玻色子格点气体中，种间纠缠如何影响对杂质或多数物种的测量？
• RQ2 在何种参数区域中，杂质与多数物种之间的纠缠可被最小化？
• RQ3 杂质动力学能否作为玻色子背景多体态的可靠探测手段？
• RQ4 纠缠在杂质原子动力学中有哪些可观测的特征信号？

主要发现

• 当仅观测一个物种时，种间纠缠显著影响测量结果，尤其在强关联区域。
• 杂质动力学可用于探测底层玻色子格点气体的多体关联。
• 存在纠缠被抑制的区域，使杂质可作为非侵入式探针探测多数系统。
• 研究结果可在当前超冷原子实验中实现，支持理论预测的直接验证。