基于内态辅助的冷原子量子模拟

本项目着重研究冷原子、超冷原子系统中利用原子内态辅助以实现量子模拟及相关的物理问题。冷原子中的量子模拟是当前研究的热点。通过合理地操控原子的运动自由度和内态，我们可以实现对各种重要物理模型的简单而有效的模拟。基于原子内态辅助的量子模拟结合了量子光学、原子物理中对少数原子内态操控上的优势和凝聚态物理中许多重要的物理现象，有利于我们找到更加合理和高效的模拟方案。我们将着重考察超流的阻挫效应，原子的配对效应等相关物理模型的模拟，研究其模拟方案的实现，信息的探测等。另一方面，考虑到在超冷原子模拟中各种物理参数的灵活调节性，这一模拟过程将伴随有丰富的物理内容。我们将理论上研究所得各种模型中新的物理现象，开拓新的研究领域；同时利用和改进量子信息中发展的对多体问题处理的数值方法，如TEBD,PEPS等，实现对相关物理问题的细致研究。

冷原子系统由于其高度的可调节性而被认为是用来做量子模拟和量子调控的理想平台。实验上通过合理操控原子的外部运动自由度和内态，我们可以实现对各种重要物理模型的模拟。基于原子内态辅助的量子模拟参考了量子光学、原子物理中对少数原子内态操控上的优势，结合我们自身在这方面的研究经历,从而期望找到更加合理和高效的模拟方案。围绕着这一研究目标，本项目中，我们着重研究了在冷原子系统中各种重要物理模型的实现机制和相关的物理问题。我们先后研究了光晶格系统中实现阻挫隧穿的物理机制，并在此基础上，讨论了系统的相变性质；我们研究了环上玻色气体中量子相变性质随系统参数调节而导致的一些新的物理性质。另外，随着近年来实验工作的进展,自旋轨道耦合效应在冷原子中的物理实现。我们跟进这一研究潮流，提出了自旋轨道耦合效应的理论方案。在这些物理实现的基础上，我们进一步探讨了给定条件下系统的物理性质，在平均场的角度上描述了体系的相变等性质。这些成果的获得为在冷原子中模拟和寻找新的物质相提供了理论依据。一些新物质相的发现也进一步丰富了该系统中的物理内容，促进了下一步的实验和理论工作。特别地，我们关于自旋轨道耦合玻色气体的研究受到国内外同行的关注和认可，相关工作还受到JPB杂志的邀请撰写了综述一篇，总结了我们在这方面的工作进展。在本项目的支持下，三年中共撰写学术文章8篇,正式发表7篇，其中综述一篇，他引60余次，其中单篇最高20余次。