Description du projet
Un piège optique novateur permet un nouveau couplage atomique et des excitations de spin exotiques
Les systèmes quantiques à corps multiples sont des systèmes composés de nombreuses particules en interaction, comme dans les noyaux ou le plasma quark-gluon. De nouveaux montages expérimentaux ont permis de faire la lumière sur les forces et les propriétés associées à ces systèmes. Les pièges optiques, ou pinces optiques, utilisent la lumière (pression du rayonnement laser) pour maintenir de petites particules en place. Le projet ATARAXIA, financé par l’UE, va encore plus loin avec son système synthétique à plusieurs corps, composé de réseaux assemblés d’atomes individuels refroidis par laser et retenus dans des pièges optiques microscopiques. Les atomes couplés produisent naturellement des excitations de spin qui se comportent comme des particules sautillantes, interagissant fortement les unes avec les autres. Cette configuration unique permettra aux scientifiques d’étudier d’importantes questions ouvertes en physique quantique à plusieurs corps.
Objectif
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
Champ scientifique (EuroSciVoc)
CORDIS classe les projets avec EuroSciVoc, une taxonomie multilingue des domaines scientifiques, grâce à un processus semi-automatique basé sur des techniques TLN. La classification de ce projet a été validée par l’équipe qui en a la charge.
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Mots‑clés
Programme(s)
Thème(s)
Appel à propositions
(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2020-ADG
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ERC-ADG - Advanced GrantInstitution d’accueil
75794 Paris
France