Single atom detection in ultracold quantum gases: a review of current progress
综述了超冷量子气体单原子探测和操纵实验的最新进展。讨论从捕获、冷却和检测单个离子和原子的基本原理开始。详细介绍了超冷量子气体中单原子探测的实现,讨论了基于光散射、电子散射、场致电离和直接中性粒子探测的方法。也包括量子气体中单个原子的微观相干操纵。给出了各种例子,以突出这些方法来研究多体量子系统的力量。
2017-03-22 cond-mat.quant-gas quant-ph
Pump-probe spectroscopy of two-body correlations in ultracold gases
我们建议泵浦-探测光谱研究对相关性,确定多体动力学弱相互作用,稀释超冷气体。适当选择的短激光脉冲局部耗尽电子对密度,在电子基态中产生"空穴"。这种非稳态对密度的动态监测的时间延迟探测脉冲。所得到的瞬态信号允许频谱分解的"洞",并映射出对关联函数。
2009-12-10 cond-mat.quant-gas quant-ph
Interference of parametrically driven one-dimensional ultracold gases
从理论上分析了一维超冷原子气体受参变驱动时的干涉图样。通过在时间上周期性地调制相互作用强度,我们提出在一对独立的一维气体中激发集体模,其能量对应于驱动频率。激发的集体模式导致干涉图案的相关性中的空间振荡,其可以被分析以获得集体模式的声速。我们讨论玻色子和费米子系统,以及如何使用这样的实验来探测自旋电荷分离。
2011-02-01 cond-mat.quant-gas quant-ph
In situ measurement of the dynamic structure factor in ultracold quantum gases
我们提出了一个实验装置,以有效地测量超冷量子气体的动态结构因子。我们的方法利用了囚禁原子系统与两个不同腔模的相互作用,这两个腔模由外激光场驱动。通过测量腔的输出场,可以确定原子系统的动态结构因子。与以前的方法相反,原子系统在测量过程中不会被破坏。
2012-04-09 cond-mat.quant-gas quant-ph
Probing magnetic order in ultracold lattice gases
超冷晶格气体的一个即将到来的挑战是量子磁性的模拟。这包括在所需的自旋状态下制备晶格原子气体和探测状态。在这里,我们演示了如何探测计划的基础上原子光接口访问的序参量的非平凡的量子磁相位,使我们能够表征单义强相关的磁系统中产生的超冷气体。这种方法,这也是非破坏性的,产生空间分辨的自旋相关性,并可以应用到玻色子或费米子。作为一个原则的证明,我们应用这种方法来检测完整的相图(旋转不变)自旋1玻色子链显示。
2011-03-04 cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantum oscillations in ultracold Fermi gases : realizations with rotating gases or artificial gauge fields
本文研究了非相互作用费米气体在旋转或人工规范场作用下的角动量。气体的角动量显示显示振荡作为粒子数或化学势的函数。这种现象类似于固态环境中磁化强度的de Haas-van Alphen振荡。然而,我们指出并分析了固态和超冷原子气体之间存在的关键差异。我们探讨这些振荡的物理参数的可见性的依赖关系,并提出了两个实验方案,他们的观察。由于振荡的幅度对温度的依赖性很强,我们建议将其用作低温区费米气体的灵敏温度计。
2012-12-26 cond-mat.quant-gas quant-ph
Observation of universal behaviour of ultracold quantum critical gases
量子临界物质已经在许多系统中得到了研究,包括冷原子气体。本文报道了超冷量子临界玻色气体在一维光晶格中的普遍行为。在Berezinskiii-Kosterlitz-Escherless跃迁以上的量子临界区,相邻亚凝聚体之间的相对相位涨落和准二维亚凝聚体的空间相位涨落共存。我们研究的密度概率分布函数时,这两个相位起伏被认为是。实验证明了一个普适的指数密度概率分布,这符合一个简单的理论模型,通过考虑这两个相位起伏。
2011-03-07 cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantum polarization spectroscopy of ultracold spinor gases
我们提出了一种方法,通过一系列的两个量子非破坏性的测量,通过发送非共振,偏振光脉冲通过气体的自旋气体的基态量子相位的检测。通过检测透射光的量子涨落和平均偏振值,识别了F=1和F=2旋量气体的各种平均场以及强相关相位的特征。
2007-03-11 cond-mat.other quant-ph
Noise induced interference fringes in trapped ultracold bosonic gases
研究了在噪声环境中囚禁于光学双势阱中的超冷原子的动力学行为。当准备在一个福克数状态下,该系统显示相位相干的平均密度分布使用标准的吸收图像技术,在没有噪声的情况下消失。这种效应表明,在多体系统中,外部环境也可以增强量子相干性,而不是破坏它。
2008-11-18 cond-mat.other quant-ph
Quantum control of spin-correlations in ultracold lattice gases
我们证明,它是可能的,以准备一个所需的非经典自旋关联函数使用原子-光相互作用的量子自旋极化光谱中常用的那种超冷原子的格子气。我们的方法是基于量子非破坏(QND)的测量和反馈,并允许特别是创建按需指数或代数衰减的相关性,以及一定程度的多方纠缠。
2012-08-09 cond-mat.quant-gas quant-ph
Fundamental Limits of Feedback Cooling Ultracold Atomic Gases
Australian National University(澳大利亚国立大学)
本研究探究量子反馈控制冷却超冷原子气体的可行性,构建模型明确其受密度涨落可见度等因素限制的基本极限,证实该方法可快速冷却准二维高温热云且原子损失小,为实现新冷却机制提供路径。
2024-06-13 cond-mat.quant-gas quant-ph
Detection of entanglement in ultracold lattice gases
我们提出了利用量子偏振光谱来探测超冷原子在光晶格中的多粒子纠缠。这种方法,采用量子法拉第效应的光-物质界面的基础上,允许非破坏性的测量自旋-自旋相关。我们将其应用到一维自旋链的具体例子中,并利用超冷原子实验中容易测量的光信号重建其相图。有趣的是,同样的技术可以扩展到检测这样的系统中的量子多体纠缠。
2011-05-12 cond-mat.quant-gas quant-ph
Light trapping in high-density ultracold atomic gases for quantum memory applications
高密度和超冷原子气体已经成为量子存储应用中存储单个光子的有前途的介质。在本文中,我们提供了一个概述,我们在这个方向上的理论和实验工作,特别注意操纵光存储(a)通过复杂的经常性的光学散射过程在非常高的密度气体(b)的外部控制场的特征电磁感应透明配置。
2010-05-10 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
An SU(2) geometric phase induced by periodically driven Raman process in an ultracold dilute Bose gas
我们提出了一个实用的协议,以产生和观察一个非阿贝尔几何相位使用周期性驱动的拉曼过程中的超基态的原子在一个稀释的超冷气体歧管。我们的分析是基于Floquet理论在周期驱动量子系统中的最新发展和应用。模拟结果显示了SU(2)变换算符的非阿贝尔规范变换和非对易性。基于这些结果,我们提出了一个可能的实验实现与超冷稀释玻色气体。
2019-11-21 cond-mat.quant-gas quant-ph
Frictionless quantum quenches in ultracold gases: a quantum dynamical microscope
在这篇文章中,提出了一种方法来空间放大一个被困的超冷气体,同时保持初始多体态的量子关联。对于支持自相似动力学的系统,这是通过实现作为量子动力学显微镜的谐波陷阱的多体有限时间无摩擦量子淬火来实现的。
2011-06-23 cond-mat.quant-gas physics.gen-ph quant-ph
Quantum measuring processes for trapped ultracold bosonic gases
在研究超冷原子在光晶格中的行为时通常采用的标准实验技术包括从原子样品在陷阱释放后的吸收图像中提取原子密度分布。量子力学的这一过程是由广义测量(POVM)描述的;在吸收图像中发现的干涉图样表明了一种基于固定相位、相干态的广义测量。我们表明,这导致一个平均原子密度,它不同于通常采用的,作为在多体状态的原子密度算符的期望值。
2008-11-06 cond-mat.other quant-ph
Quantifying, characterizing and controlling information flow in ultracold atomic gases
我们研究了一个包含杂质量子比特的玻色-爱因斯坦凝聚库模型中的量子信息流。我们演示了如何量子比特和冷凝物之间的信息流量可以通过工程超冷水库实验现实的限制。我们特别强调非马尔可夫动力学,其特征在于从背景气体到量子比特的反向信息流,并在模型的参数空间中确定马尔可夫和非马尔可夫动力学之间的可控交叉。
2011-05-24 cond-mat.quant-gas quant-ph
Measuring nonlocal three-body spatial correlations with Rydberg trimers in ultracold quantum gases
通过研究超长程三聚体里德堡分子的形成速率,测量了玻色子锶($^{84}$ Sr)和自旋极化费米锶($^{87}$ Sr)的非简并超冷气体中的非定域三阶空间关联.观察到三聚体产生速率对量子统计的影响非常敏感,具有高达六倍的强烈增强(3!)在玻色子$^{84}$ Sr的情况下,由于聚束,而自旋极化的费米子$^{87}$ Sr由于反聚束而显著减少。实验结果进行了比较,理论预测和良好的协议观察。本方法为{ \it{in situ} }研究超冷原子-气体系统中的高阶非定域空间关联开辟了道路。
2023-01-02 physics.atom-ph quant-ph
Quantum Fluctuations of Vortex Lattices in Ultracold Gases
讨论了在快速旋转的超冷原子气体中,量子涨落对涡旋晶格性质的影响。我们开发了一种变分方法,超越了Bogoliubov理论,包括准粒子激发之间的相互作用的影响。这些相互作用被发现有显着的物理性能的定量影响,即使在相对较大的填充因子。我们用我们的理论来预测预期的实验签名的量子涨落的旋涡,并评估的三角形涡晶格相与其他阶段在有限大小的系统中的竞争。
2012-11-01 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Imaging of quantum Hall states in ultracold atomic gases
研究了量子霍尔体系中超冷原子的非共振光散射。当光散射是自旋相关的,我们表明,在远场形成的图像可以用来区分系统的状态。远场图像的空间依赖性由两粒子自旋关联函数确定,图像通过变换与之相关。系统中的准空穴出现在通过用显微镜收集散射光而形成的密度图像中,其中准空穴统计通过准空穴位置处的密度减少来揭示。
2011-11-11 cond-mat.quant-gas quant-ph
Polarons, Dressed Molecules, and Itinerant Ferromagnetism in ultracold Fermi gases
本文讨论了几个杂质原子在超冷费米子气体中的性质,即所谓的费米极化子问题。一方面,这个多体系统是有吸引力的,因为它可以用简单的图解和/或变分理论方法几乎精确地描述。另一方面,它提供了定量可靠的洞察强相互作用的人口不平衡量子混合物的相图。特别地,我们证明了极化子问题可以应用于研究巡游铁磁性,一个长期存在的问题,在量子力学。
2014-02-25 cond-mat.quant-gas quant-ph
Single-branch theory of ultracold Fermi gases with artificial Rashba spin-orbit coupling
我们考虑相互作用的超冷费米子Rashba自旋轨道耦合。当系统足够稀,使得正螺旋度分支在非相互作用基态中完全不被占据时,我们建立了费米气体的单支相互作用理论。我们表明,该理论在微扰理论中是可重整化的,因此产生了一个极化费米子模型,避免了多通道处理的问题。我们的研究结果开辟了一个更直接的方法来研究受人工矢量势影响的冷原子的多体物理。
2012-12-14 cond-mat.quant-gas quant-ph
Symplectic tomography of ultracold gases in tight-waveguides
相空间是在局部和非局部关联函数之间平滑外推的自然基础。为此,我们介绍了紧波导中多体量子气体的辛层析成像,并集中讨论了以密度分布和动量分布为边界的简化单粒子辛层析成像(RSPST)。我们提出了一种操作方法来测量RSPST从时间演化的密度分布关闭后,在各种相关的情况下的相互作用:自由膨胀,重力下降,和振荡的谐波陷阱。从RSPST可以重建出囚禁态的单体密度矩阵。
2008-07-04 cond-mat.quant-gas quant-ph
Composite-boson approach to molecular Bose-Einstein condensates in mixtures of ultracold Fermi gases
我们证明了一个基于独立复合玻色子的模型[Phys.Rep.463,215(2008)]准确地描述了超冷费米气体中分子玻色-爱因斯坦凝聚体的凝聚分数。单个费什巴赫分子的费米子成分之间的纠缠决定了凝聚体的多粒子统计,从强相互作用的极限到接近幺正性。这一结果加强了纠缠作为复合玻色子行为不可或缺的驱动因素的作用。在零温度下,我们计算的费米子对的凝聚分数非常匹配以前的结果通过固定节点扩散蒙特卡罗方法和Bogoliubov耗尽近似。这为探索冷费米气体与任意数量的费米对的混合物中的BEC-BCS交叉物理以及实施coboson理论中提出的Hong-Ou-Mandel干涉实验铺平了道路。
2017-02-17 cond-mat.quant-gas quant-ph
Shock waves in ultracold Fermi (Tonks) gases
结果表明,费米云中的宽密度扰动在时间演化过程中呈激波形式。提供了一个非常准确的冲击波形成的分析描述。一个简单的实验装置观察冲击进行了讨论。
2004-02-02 cond-mat.soft hep-th physics.atom-ph
REVIEW. Quantum optics with ultracold quantum gases: towards the full quantum regime of the light-matter interaction
虽然光囚禁超冷量子气体的研究是现代研究的一个突出方向,但在该领域中,光的量子特性被广泛忽视。量子气体的量子光学缩小了这一差距,并解决了光和超冷物质的量子统计性质发挥同样重要作用的现象。首先,光可以作为各种超冷粒子的量子动力学的量子非破坏(QND)探针,从超冷原子和分子气体到纳米粒子和纳米机械系统。其次,由于动态光物质纠缠,基于投影测量的多体态制备是可能的,其中新兴原子态的类别可以通过光学几何设计。光散射构成了这样一种具有可控测量反作用的量子测量。在基于腔的自旋压缩中,可以制备原子数压缩和薛定谔猫态。第三,将原子捕获在光学腔中,会产生光学势和力,这些势和力不是预定的,而是量子化的和动力学的变量。最终,量子气体的腔QED需要光和粒子的自洽解,这丰富了量子势中原子的量子多体态的图像。这将允许对与声子、极化子、极化激元和其他量子准粒子的物理学有关的现象进行量子模拟。
2012-03-02 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Structure and interactions of atoms and diatomic molecules: from ultracold gases to doped solids
Université Bourgogne Europe(勃艮第欧洲大学)
本文综述了博士后研究,第一部分涉及中性三价镧系元素的原子结构计算,应用于超冷气体和稀土掺杂固体;第二部分研究碱金属原子、双原子分子及镧系原子的长程相互作用,用于表征超低温现象如光缔合和碰撞屏蔽。
2026-06-09 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Probing Quantum Speed Limits with Ultracold Gases
量子速度极限(QSL)是指在任意物理过程中,一个量子态演化到另一个可分辨态所需的最短时间。这些基本结果限制了量子态的距离概念,即布勒斯角,即由非绝热能量涨落设定的演化速度。我们从理论上提出了如何在含时谐波阱中测量超冷量子气体中的QSL。在这个连续变量的高维系统中,量子断层扫描是被禁止的。然而,只要动力学是自相似的,就可以通过测量超冷气体云的大小作为时间的函数来探测QSL。正如我们针对各种超冷原子系统所讨论的那样,这使得确定布雷斯角和能量波动成为可能。
2021-04-01 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Dynamically Probing Ultracold Lattice Gases via Rydberg Molecules
我们表明,在三维光晶格中的长程里德伯分子的激发,可以作为一个位置和时间敏感的探针在系统中的占位。为此,我们检测由所形成的里德伯分子的衰变连续产生的离子。虽然超流气体显示分子形成的所有参数,莫特绝缘体与$n=1$填充揭示了一个强大的抑制形成的分子的数量。在弱探测条件下,该技术可用于实时探测超流到Mott-绝缘体的相变。我们的方法可以扩展到更高的填充,并有各种应用程序的实时诊断和操纵的超冷晶格气体。
2015-06-19 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Sub-Poissonian Statistics of Jamming Limits in Ultracold Rydberg Gases
最近的几个实验通过测量Mandel Q参数确定了超冷气体中的里德堡激发数呈现亚泊松统计。这种效应归因于由于高激发原子之间的强原子间相互作用而发生的里德伯阻断。由于这种阻塞效应,系统可能最终处于所有粒子都被激发或被阻塞的状态:干扰极限。我们分析适当构建的随机图模型,捕捉封锁效果,并推导出公式的平均值和方差的干扰限制的里德堡激励的数量。这产生了一个明确的曼德尔Q参数和封锁效应之间的关系,和测量数据的比较表明,理论和实验之间的强一致性。
2015-04-10 cond-mat.quant-gas math.PR quant-ph
Ultracold atomic Fermi-Bose mixtures in bichromatic optical dipole traps: a novel route to study fermion superfluidity
对低密度、超冷原子费米气体的研究是从第一性原理理解费米子超流性的一个有希望的途径。目前用来使费米气体进入简并状态的一种技术是通过由超冷玻色气体制成的储存器进行交感冷却。我们讨论了一个建议,捕获和冷却的两个物种的费米-玻色混合物的光学偶极陷阱的组合具有两个不同的波长的激光束。在这些双色陷阱中,通过适当选择相对激光功率,可以选择性地捕获两种物质,使费米子比玻色子受到更强的限制。因此,可以达到深费米简并,同时具有玻色气体的较软简并区域。这导致交感冷却效率的增加,并允许费米-玻色混合物的更高精度的测温。
2004-03-24 cond-mat.stat-mech physics.atom-ph quant-ph
Tracking quasi-classical chaos in ultracold boson gases
我们研究了超冷玻色子气体在一个恒定力作用下的动力学。我们跟踪的路线系统走向混沌所产生的多体诱导的非线性,并表明相关的信息可以从实验上可访问的数量,气体的平均位置。从KAM参数推导出混沌行为出现的阈值非线性,并与通过计算相关的李雅普诺夫指数得到的值一致。
2008-08-05 cond-mat.other nlin.CD quant-ph
Topological interface engineering and defect crossing in ultracold atomic gases
我们提出了一个实验可行的方案拓扑接口工程,并展示了它如何可以用于拓扑非平凡接口和穿孔的缺陷和纹理在这样的接口的动力学研究。该方法利用原子的内部自旋结构以及局部施加的相互作用强度的控制来创建具有高度复杂的拓扑性质的多粒子态。特别地,我们考虑了自旋玻色-爱因斯坦凝聚体的拓扑上不同的相位之间的构造的相干接口。
2012-07-03 cond-mat.quant-gas hep-th quant-ph
Topological Quantum Matter with Ultracold Gases in Optical Lattices
自从拓扑绝缘体被发现以来,许多拓扑相已经在一系列不同的系统中被预测和实现,为器件提供了迷人的物理和令人兴奋的机会。尽管新材料一直在开发和探索,但如果能够在易于调整的系统中实现,探测奇异拓扑相的前景将大大增强。超冷原子提供的灵活性可以提供这样一个平台。在这里,我们审查的工具,可用于创建拓扑状态使用超冷原子在光晶格,给出了一个概述的理论和实验进展,并提供了实现强关联的拓扑相位的前景。
2016-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Observation of Light-Induced Dipole-Dipole Forces in Ultracold Atomic Gases
本文研究了自由膨胀超冷~(87)Rb原子中光诱导偶极-偶极相互作用引起的吸引力。这种集体的光触发效应导致了一种具有有趣特征的自约束势:它具有非局部性质,对红色和蓝色失谐光场都有吸引力,并诱导出一种依赖于原子密度梯度的非常强的力。实验数据进行了讨论的理论模型的基础上,由原子云散射的光的局部场方法的框架。
2022-02-01 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Time-dependent control of ultracold atoms and Bose-Einstein condensates in magnetic traps
利用射频场,人们可以控制磁阱中的超冷原子。这些场耦合原子自旋状态,并用于蒸发冷却,这可以导致原子云中的玻色-爱因斯坦凝聚。此外,它们可以用于控制从阱中释放冷凝物,从而为原子激光器提供输出耦合器。在本文中,我们表明,这些过程的时间依赖的多状态模型的精确解是相应的两个状态模型的解决方案的多项式。这使得简单的,在许多情况下,解析描述的时间依赖控制的磁捕获的超冷原子。
1997-07-30 cond-mat physics.atom-ph quant-ph
Verifying the observer dependence of quasiparticle counts in the analogue gravity of dilute ultracold quantum gases
量子场的准粒子含量取决于观察者,特别是它的运动状态,观察者的探测器耦合到量子场的方式,以及观察者携带的探测器测量待检测量子的频率标准。我回顾了在玻色-爱因斯坦凝聚体中用量子光学方法使量子场论的这一基本性质在实验上显现的过程。
2012-05-24 cond-mat.quant-gas gr-qc quant-ph
Ab-initio Quantum Monte Carlo study of ultracold atomic mixtures
本论文利用量子蒙特卡罗(QMC)方法和密度泛函理论(DFT)方法研究了玻色-爱因斯坦凝聚体混合物在$T = 0$上的性质,目的是理解玻色-玻色混合物中超越平均场论的物理现象。
2021-05-04 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Bose-Einstein condensate of ultracold sodium-rubidium molecules with tunable dipolar interactions
本文报道利用双微波屏蔽抑制损失并结合高效蒸发冷却,首次实现基态钠铷极性分子的玻色-爱因斯坦凝聚,并通过调节偶极相互作用观察到气相和量子液滴相,为强偶极量子物质与长程多体系统模拟开辟新途径。
2025-08-28 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph