采用原位成像法探测的光晶格中量子态净化研究

After the weak trapping potential is quenched, the state of cold atoms in optical lattices evolves with the existence of many-body interactions. Many interesting physics phenomena happen in this system. One can get quantum distillation, which purifies the quantum system. Quantum distillation can also lead to low-entropy state. This system can be used to study how eigen state thermalizes and how correlations spread. The evolution of atoms can lead to cooling effect, which is a potential scheme for realization of low-temperature insulating antiferromagnetic phase. In this project, we study the purification of the quantum state after quenching in 2d and 3d system. In situ imaging with a microscope and TOF imaging are used for detection. We also study the spreading of correlation and quantum information in this many-body system. The research works focus on three aspects as follows, (1)purification of quantum state and quantum distillation in 2d; (2) Purification of quantum state in 3d; (3)Spreading of correlation and quantum information in optical lattices.

光晶格中的超冷原子体系在淬灭外部囚禁势场后，会在复杂的多体相互作用下演化。这个系统涉及到一系列重要的量子物理问题。在此系统中，可以实现量子态净化，并且进一步通过量子蒸馏的过程，实现超低熵量子态；可以研究量子本征态如何实现热平衡态；研究量子纠缠如何在体系中传播；这还是一种新制冷机制，是实现超低温下绝缘反铁磁相的可能方案之一。本项目采用原位成像与TOF成像两种探测方法，探索光晶格中超冷原子系统在淬灭外部囚禁势场后，二维、三维系统中量子态净化与量子蒸馏，研究此系统中的量子关联与量子信息的传输。具体研究内容：（1）二维量子气体的量子态净化，量子蒸馏。（2）三维量子气体的量子态净化，量子蒸馏。（3）量子关联与量子信息在系统中的传播。

对光晶格超冷原子系统进行了建设，并对低维系统的量子多体现象进行了研究。研究了低维冷原子系统在微重力下进行物质波输出的可能性，这对于未来在空间站进行冷原子实验具有重要的意义，并具有指导作用。低维系统具有很多新奇的量子多体物理现象需要进一步深入研究，也是近期冷原子物理的研究热点之一。微重力下进行冷原子实验是近期冷原子物理研究的一个前沿热点，我国的空间站冷原子平台刚刚发射升空，亟需能够在上面开展的冷原子实验方案。本项目的探索可以提供冷原子微重力实验的相关信息，以及对进一步多维度光晶格中微重力实验研究的思考。研究内容包括：1）建设冷原子系统的激光系统，获得原子光谱，并锁定激光器。2）建设冷原子系统的数据分析系统，实现对冷原子数据的分析，并提取实验参数。3）研究微重力下低维物质波的输出，研究了微重力下脉冲原子激光的输出新特性，并研究了其动力学过程。4）研究了微重力下，连续原子激光的输出，发现其输出具有对称性的特点，对比了微重力下原子激光输出与地面原子激光输出的不同。