《強關聯多體系統的量子仿真和量子相的探測方法的研究》是依託中國科學技術大學，由周正威擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：強關聯多體系統的量子仿真和量子相的探測方法的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周正威
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
利用人工的量子多體的仿真平台來仿真重要的量子多體系統，是當前量子調控的重要的研究方向之一。但迄今為止，對於某些重要的強關聯模型，如由於相互作用強度的競爭所導致的阻挫模型，在理論上很少有物理實現的方案提出。同時，如何在量子仿真平台上來有效探測量子關聯和奇異的量子相，採用有效物理手段來探測量子相變，是量子仿真研究不可或缺的重要方面，充滿著未知的問題。本項目擬就如下內容開展研究：（1）在理論上提出各種強關聯多體模型物理實現的量子仿真方案（研究某些重要的具有阻挫效應的多體模型、具有非阿貝爾任意子激發的二維拓撲序系統等）；（2）在人工量子仿真的平台上，提出有效地實現量子相或量子關聯探測的新的方法；（3）研究動力學過程同量子相變的聯繫；（4）線上性光學系統中對上述若干的理論成果進行原理性的實驗演示。
結題摘要
利用人工的量子多體的仿真平台來仿真重要的量子多體系統，是當前量子調控的重要的研究方向之一。項目圍繞著量子模擬的物理實現以及量子相、量子相變的探測等問題展開，取得了如下主要成果： 1、在強關聯多體系統的量子仿真方面，提出在冷原子系統中實現J1-J2阻挫自旋模型、在超導系統中實現一維阻挫Ising模型的理論方案；提出一種在微腔-原子系綜中構建具有特殊非線性的拓展玻色-哈巴德模型的方案，並系統研究了該模型的量子基態性質，發現該非線性效應所導致的一階相變、以及對莫特絕緣-超流相變中的奇偶效應的調製；從理論上獲得了具有非阿貝爾任意子激發的quantum double模型的拓撲基態的製備和操控方法，給出了可以演示該模型拓撲性質的系統的最小規模。 2、在新型的量子仿真平台的探索、量子相和量子相變的探測方面，在理論上提出一種可以容納大量軌道光學角動量模式的簡併光腔系統，該系統可以以極少的物理資源來模擬人工規範場，同時物理參數具有很好的可調節性，在這個系統中可以模擬拓撲量子相變，探測系統的拓撲邊緣態和能帶陳數等；研究了超導傳輸線腔耦合超導人工原子系統中的新型Dicke-Ising模型，研究了該模型的新型的量子相、量子相變及其探測方式。 3、在基於線性光學量子模擬方面，同實驗組合作，完成了麥克斯韋妖型冷卻的實驗工作。 4、在冷原子物理方面，系統地研究了原子間具有周期調製的相互作用的一維BEC系統的超流和穩定性；有自旋軌道耦合的超冷玻色氣體中在有旋轉對稱梯度場下的量子相變；理論上首次預言在自旋軌道耦合作用下三維自由空間中存在穩定的孤子。 5、研究了超強耦合作用下電磁場矢勢平方項對量子操作的影響，預言了在崩塌-復原動力學中存在雙峰結構，該結構可以作為電磁場矢勢平方項效應的顯現；研究了利用高階的動力學退耦合過程來實現原子的自旋壓縮的控制。 上述成果中，用簡併光腔系統模擬拓撲物理的工作有更為重要的意義和價值。這是由我們發明的一個新型的量子模擬平台，它有很大的潛力來實施各種量子模擬的任務。該理論工作發表於Nature Communications，審稿人評價該工作：“…將對量子模擬領域產生重大的衝擊。” 項目實施期間，發表SCI論文14篇（包括1篇Nature Communications，1篇Nature Photonics，1篇PRL，10篇PRA（B）），做國際、國內會議邀請報告14次。
