Холодні гази нейтральних атомів у лазерних полях — новітні системи для квантових обчислень, розуміння та передбачень унікальних фізичних явищ
За матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 10 липня 2024 р.
DOI:
https://doi.org/10.15407/visn2024.09.059Ключові слова:
квантові гази, нейтральні атоми, конденсація Бозе—Ейнштейна, лазерні поля, уповільнення електромагнітних хвиль, оптичні ґратки, магнетизм, орбітальне впорядкування, універсальні квантові симулятори.Анотація
У доповіді наведено огляд прогресу в дослідженнях унікальних ефектів у квантових газах атомів за низьких температур. Окрему увагу приділено явищу конденсації Бозе—Ейнштейна, а також окреслено широке коло систем, у яких це явище проявляється і зумовлює важливі фізичні ефекти. Зазначено, що за наявності додаткових лазерних полів, що формують просторово-періодичні стоячі хвилі, можна моделювати складні для опису системи, пов’язані з фізикою конденсованого стану, в яких спостерігаються явища надплинності, магнетизму, зарядового й орбітального впорядкування, надпровідності тощо. Вказано на все частіше використання систем холодних атомів як універсальних квантових симуляторів, а також окреслено перспективи новітніх теоретичних підходів тензорних мереж для застосувань у квантових обчисленнях.
Посилання
Anderson M.H., Ensher J.R., Matthews M.R., Wieman C.E., Cornell E.A. Observation of Bose-Einstein Condensation in a Dilute Atomic Vapor. Science. 1995. 269: 198. https://doi.org/10.1126/science.269.5221.198
Davis K.B., Mewes M.O., Andrews M.R., van Druten N.J., Durfee D.S., Kurn D.M., Ketterle W. Bose-Einstein condensation in a gas of sodium atoms. Phys. Rev. Lett. 1995. 75: 3969. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.75.3969
Hau L., Harris S., Dutton Z. et al. Light speed reduction to 17 metres per second in an ultracold atomic gas. Nature. 1999. 397: 594. https://doi.org/10.1038/17561
Slyusarenko Yu.V., Sotnikov A.G. Unique effects in a response of ultracold atomic gases of alkali-metal atoms in the state with a Bose-Einstein condensate to the perturbation by an external electromagnetic field. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2016. (7): 19—26. https://doi.org/10.15407/visn2016.07.019
Peletmynskiy O.S., Slyusarenko Yu.V., Sotnikov A.G. Theory of exotic states in quantum Fermi and Bose systems. Kyiv, Naukova Dumka, 2023 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/978-966-00-1851-8
Demokritov S., Demidov V., Dzyapko O., Melkov G.A., Serga A.A., Hillebrands B., Slavin A.N. Bose–Einstein condensation of quasi-equilibrium magnons at room temperature under pumping. Nature. 2006. 443: 430. https://doi.org/10.1038/nature05117
Kasprzak J., Richard M., Kundermann S., Baas A., Jeambrun P., Keeling J.M.J., Marchetti F.M., Szymańska M.H., André R., Staehli J.L., Savona V., Littlewood P.B., Deveaud B., Dang L.S. Bose–Einstein condensation of exciton polaritons. Nature. 2006. 443: 409. https://doi.org/10.1038/nature05131
Klaers J., Schmitt J., Vewinger F., Weitz M. Bose–Einstein condensation of photons in an optical microcavity. Nature. 2010. 468: 545. https://doi.org/10.1038/nature09567
Boychenko N.P., Slyusarenko Y. Coexistence of photonic and atomic Bose-Einstein condensates in ideal atomic gases. Condens. Matter Phys. 2015. 18(4): 43002. https://doi.org/10.5488/CMP.18.43002
Sotnikov A., Kuneš J. Field-induced exciton condensation in LaCoO3. Sci. Rep. 2016. 6: 30510. https://doi.org/10.1038/srep30510
Feynman R.P. Simulating physics with computers. Int. J. Theor. Phys. 1982. 21: 467. https://doi.org/10.1007/BF02650179
Gross C., Bloch I. Quantum simulations with ultracold atoms in optical lattices. Science. 2017. 357: 995. https://doi.org/10.1126/science.aal3837
Sotnikov A., Hofstetter W. Magnetic ordering of three-component ultracold fermionic mixtures in optical lattices. Phys. Rev. A. 2014. 89: 063601. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.89.063601
Sotnikov A. Critical entropies and magnetic-phase-diagram analysis of ultracold three-component fermionic mixtures in optical lattices. Phys. Rev. A. 2015. 92: 023633. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.92.023633
Sotnikov A., Darkwah Oppong N., Zambrano Y., Cichy A. Orbital ordering of ultracold alkaline-earth atoms in optical lattices. Phys. Rev. Research. 2020. 2: 023188. https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.023188
Lukin I., Sotnikov A., Leamer J., Magann A., Bondar D. Spectral gaps of two- and three-dimensional many-body quantum systems in the thermodynamic limit. Phys. Rev. Research. 2024. 6: 023128. https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.6.023128
Patra S., Jahromi S., Singh S., Orús R. Efficient tensor network simulation of IBM's largest quantum processors. Phys. Rev. Research. 2024. 6: 013326. https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.6.013326
