Магнитные атомы: многочастичная физика и квантовые технологии

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-42-05002

НазваниеМагнитные атомы: многочастичная физика и квантовые технологии

Руководитель Шляпников Георгий Всеволодович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Общество с ограниченной ответственностью "Международный центр квантовой оптики и квантовых технологий" , г Москва

Конкурс №38 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (FWF)

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-201 - Теория конденсированного состояния

Ключевые слова дипольный момент, Бозе-эйнштейновская конденсация, квантовое вырождение, сверхтекучесть, суперсолид, неупорядоченные системы

Код ГРНТИ29.05.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Дипольные квантовые газы магнитных атомов с их богатой внутренней структурой и дальнодействующим анизотропным межатомным взаимодействием перспективны для исследований в области квантовой физики многих тел, а также для развития новых квантовых технологий. Достигнутый в последнее время замечательный экспериментальный прогресс в работе с магнитными атомами с большим спином открывает новые возможности и придает новый импульс исследованиям в этом направлении. Наш совместный проект объединяет усилия теоретических групп из Москвы и Инсбрука, известных своим важным вкладом в область ультрахолодных дипольных газов, с одной из ведущих экспериментальных групп из Инсбрука. Проект нацелен на изучение этих новых возможностей как в фундаментальных исследованиях квантовой физики многих тел, так и в развитии квантовых технологий. Мы исследуем ряд новых многочастичных квантовых состояний и явлений, которые тесно связаны с дальнодействующим характером диполь-дипольного взаимодействия. Одним из таких состояний будет состояние суперсолида, которые мы планирует изучить в одномерной и двумерной геометриях как теоретически, так и экспериментально. Мы сфокусируемся на спектре возбуждений и его экспериментальном исследовании через изучение динамического отклика газа, который должен выявить наличие двух сосуществующих «порядков»: кристаллического порядка и сверхтекучести. Мы также планируем рассмотреть битрубки и бислои идентичных дипольных фермионов, в которых двуфермионные межтрубные (межслоевые) связанные состояния являются композитными бозонами, образующими состояние суперсолида, которое будет ограждено от коллапса из-за фермионной природой частиц в каждой трубке (слое). Мы изучим кроссовер от Бозе-Эйнштейновского конденсата (БЭК) к режиму Бардина-Купера-Шриффера в смеси фермионных атомов Эрбия с использованием резонанса Фешбаха при отсутствии беспорядка и в беспорядке. В последнем случае дальнодействующие диполь-дипольного взаимодействия ожидается значительное увеличение температуры сверхтекуческого перехода, так что сверхтекучесть возникает даже в слабовзаимодействующем БКШ-режиме, что никогда не наблюдалось экспериментально с фермионными атомами. Для системы магнитных атомов, случайном образом расположенных в глубокой оптической решетке с дальнодействующими прыжками возбуждений между атомами из-за магнитного диполь-дипольного взаимодействия, мы рассмотрим переход между эргодическими и неэргодическими (мультифрактальными) делокализованными проводящими состояниями, а также их экспериментальные проявления. Дело в том, что в этой системе, как и для вращательных возбуждений случайно расположенных полярных молекул, можно ожидать наличие энергетических зон как для эргодических, так и для неэргодических (мультифрактальных) состояний. Спустя примерно 60 лет с момента открытия Андерсоновской локализации в неупорядоченных кантовых системах был известен лишь один фазовый переход, связанный с беспорядком, - знаменитый переход Андресона локализация-делокализация (изолятор-проводник), при котором все проводящие состояния являются эргодическими за исключение одной точки на пороге подвижности в трехмерном случае. Теперь выясняется, что может иметь место еще один фазовый переход, а именно переход из эргодических в неэргодические состояния. Говоря о квантовых технологиях, богатая и управляемая внутренняя структура стабильных магнитных подуровней основного электронного состояния магнитных атомов позволяет нам изучить возможность реализации подхода к квантовым вычислениями на основе кудитов – многоуровневых систем, допускающих кодирование нескольких кубитов в один магнитных атомный кудит. В такой системе ожидается существенное снижение числа требуемых квантовых физических элементов и параллелизация обработки с меньшим числом ошибок. Мы также изучим квантовые алгоритмы, которые могут быть эффективно ускорены с использованием подхода, основанного на кудитах.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Хе Ш., Ванг К., Жан Д., Шу П., Гао К., Гуо Р., Шенг К., Лиу М., Ванг Д., Ли Д., Шляпников Г.В., Жанг М. Coherently forming a single molecule in an optical trap Science, 370 (6514), 331-335 (год публикации - 2020)
10.1126/science.aba7468

2. Матвеенко С.И., Юдсон В.И., Альтшулер Б.Л., Шляпников Г.В. Superfluid transition in disordered dipolar Fermi gases Physical Review A, 102, 053319 (год публикации - 2020)
10.1103/PhysRevA.102.053319

3. Маликис С., Курлов Д., Грицев В. Quasi-conserved quantities in the perturbed XXX spin chain Physical Review B (год публикации - 2020)

4. Корицкий Н.А., Соловьев С.В., Федоров А.К., Звездин А.К. Learning phase transitions in ferrimagnetic GdFeCo alloys IEEE Xplore (год публикации - 2020)

5. Астрахарчик Г.Е., Курбаков И.Л., Сычев Д.В., Федоров А.К., Лозовик Ю.Е. Quantum phase transition of a two-dimensional quadrupolar system Physical Review B, 103, L140101 (2021) (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevB.103.L140101

6. Евтушенко О.М., Юдсон В.И. Suppression of ballistic helical transport by isotropic dynamical magnetic impurities Physical Review B, 104, 195414 (2021) (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevB.104.195414

7. Киктенко Е.О., Норкин Д.О., Федоров А.К. Confidence polytopes for quantum process tomography New Journal of Physics, 23, 123022 (год публикации - 2021)
10.1088/1367-2630/ac3cf7

8. Баховадинов М.С., Матвеенко С.И., Effects of a single impurity in a Luttinger liquid with spin–orbit coupling Journal of Physics: Condensed Matter, 34, 315601 (2022) (год публикации - 2022)
10.1088/1361-648X/ac718c

9. Матвеенко С.И., Баховадинов М.С., Баранов М.А., Шляпников Г.В. Rotons and their damping in elongated Bose-Einstein condensates Physical Review A, 106, 013319 (2022) (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevA.106.013319

10. Баховадинов М.С., Курлов Д.В., Альтшулер Б.Л., Шляпников Г.В. Many-body localization in the one-dimensional disordered Hubbard model The European Physical Journal D, 76, 116 (2022) (год публикации - 2022)
10.1140/epjd/s10053-022-00440-4

11. Курлов Д.В., Маликис С., Грицев В. Quasi-conserved charges in the perturbed spin-1/2 XXX model Physical Review B, 105, 104302 (2021) (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevB.105.104302

12. Гавреев М.А., Мастюкова А.С., Киктенко Е.О., Федоров А.К. Learning entanglement breakdown as a phase transition by confusion New Journal of Physics, 24, 073045 (2022) (год публикации - 2022)
10.1088/1367-2630/ac7fb2

13. Баховадинов М.С., Курлов Д.В., Матвеенко С.И., Альтшулер Б.Л., Шляпников Г.В. Many-body localization transition in a frustrated XY chain Physical Review B, 106, 075107 (2022) (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevB.106.075107

14. Баккер Л.Р., Баховадинов М.С., Курлов Д.В., Грицев В., Федоров А.К., Кример Д.О. Driven-dissipative time crystalline phases in a two-mode bosonic system with Kerr nonlinearity Physical Review Letters, 129, 250401 (2022) (год публикации - 2022)

Публикации

3. Маликис С., Курлов Д., Грицев В. Quasi-conserved quantities in the perturbed XXX spin chain Physical Review B (год публикации - 2020)

Публикации

3. Маликис С., Курлов Д., Грицев В. Quasi-conserved quantities in the perturbed XXX spin chain Physical Review B (год публикации - 2020)