JILA 研究员、美国国家标准与技术研究院 (NIST) 物理学家、科罗拉多大学博尔德分校物理学教授 Adam Kaufman 和他的团队以及 NIST 的合作者，展示了一种在二维光学中使用超冷原子进行玻色子采样的新方法交叉激光束的晶格。这项研究最近发表在《自然》杂志上，标志着计算机模拟或光子方面以往成就的重大飞跃。
将光镊应用于大型哈伯德系统
研究人员使用尖端技术，包括光镊和先进的冷却方法，在 1000 个点的晶格中制备了多达 180 个锶原子的特定图案。通过最大限度地减少原子的运动并确保它们保持在最低能量状态，该团队减少了噪声和退相干，这是量子实验中的常见挑战。
考夫曼说：“光镊在多体物理学中实现了突破性的实验，通常用于研究多相互作用的原子，其中原子被固定在空间中并在长距离内相互作用。” “然而，当粒子既可以相互作用又可以隧道化，量子力学在空间中扩散时，就会出现一大类基本的多体问题——所谓的‘哈伯德’系统。在建立这个实验的早期，我们的目标是将这种镊子范式应用于大规模哈伯德系统——这篇文章标志着这一愿景的首次实现。”
通过缩放测试确认高保真度
由于玻色子采样的复杂性，直接验证180个原子实验的正确采样任务是不可行的。为了克服这个问题，研究人员对不同尺度的原子进行了采样，将测量结果与涉及中间尺度实验的合理误差模型的模拟进行了比较。
“我们用两个原子进行测试，我们非常了解正在发生的事情。然后，在我们仍然可以模拟事物的中间规模上，我们可以将我们的测量结果与涉及我们实验的合理误差模型的模拟进行比较。在大规模上，我们可以通过控制原子的可区分性来不断改变采样任务的难度，并确认没有出现任何重大问题。”第一作者、前 JILA 研究生 Aaron Young 说道。
这项工作展示了晶格中原子的高质量和可编程制备、演化和检测，可以应用于原子相互作用的情况，为模拟和研究真实的以及人们知之甚少的量子材料的行为开辟了新的方法。