Projektbeschreibung
Wie eine bahnbrechende optische Falle neuartige Atomkopplungen und exotische Spinanregungen heraufbeschwört
Quanten-Vielteilchensysteme sind Systeme mit vielen wechselwirkenden Teilchen wie sie etwa in Atomkernen oder im Quark-Gluon-Plasma vorkommen. Mit neuartigen Versuchsanordnungen konnte Licht in die Kräfte und Eigenschaften derartiger Systeme gebracht werden. Bei optischen Fallen bzw. optischen Pinzetten kommt Licht (Laserstrahlungsdruck) zum Einsatz, um kleine Teilchen an ihrem Platz zu halten. Das EU-finanzierte Projekt ATARAXIA geht nun mit seinem bahnbrechenden synthetischen Vielteilchensystem, das aus zusammengesetzten Anordnungen einzelner lasergekühlter Atome, gehalten in mikroskopischen optischen Fallen, besteht, noch einen Schritt weiter. Die gekoppelten Atome erzeugen auf natürliche Weise Spinanregungen, die sich wie hüpfende Teilchen verhalten, wobei es zu starken Wechselwirkungen miteinander kommt. Dieser einzigartige Aufbau wird die wissenschaftliche Untersuchung wichtiger offener Fragen der Quanten-Vielteilchenphysik ermöglichen.
Ziel
This project will study out-of-equilibrium dynamics of isolated and dissipative quantum systems, and interacting topological matter using a new type of synthetic many-body system pioneered in my group: assembled arrays of individual laser-cooled atoms held in microscopic optical traps. Unlike most traditional approaches exploiting van der Waals interactions, here the atoms will be coupled by resonant dipole interactions, a new opportunity that we introduced recently. This interaction naturally realizes a spin model where the spin excitations behave as particles hopping between sites and strongly interact with each other. The unique feature of this interaction is that it allows for the exploration of many-body problems both in a unitary regime where the interactions are fully conservative, and in a regime with collective dissipation by the emission of light. We will investigate these two situations using two different setups. The unitary regime will rely on an existing platform where rubidium atoms are excited to Rydberg states to implement large interactions. The dissipative regime will be explored on a new apparatus specifically built for the study of controlled, collective dissipation. It will be based on arrays of individual dysprosium atoms coupled by resonant interactions on an optical transition. These interactions, combined with our ability to vary the geometry of the arrays, to perform high-fidelity manipulations of individual atoms and measure correlation functions, will allow us to address open questions, in collaboration with theorists. We will (i) investigate out-of-equilibrium quantum magnetism in spin systems, in particular with frustrated geometries; (ii) seek to obtain the first realization of a bosonic fractional topological insulator; (iii) prepare collective states with tailored coupling to light, study the emergence of quantum correlations in a dissipative regime, and generate a new kind of interaction-induced single-photon non-linearity. r
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Das Projektteam hat die Klassifizierung dieses Projekts bestätigt.
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Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
(öffnet in neuem Fenster) ERC-2020-ADG
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Frankreich