論文の概要: Realization of a fractional quantum Hall state with ultracold atoms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.10919v2
- Date: Sat, 29 Oct 2022 09:49:22 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-22 01:28:29.267630
- Title: Realization of a fractional quantum Hall state with ultracold atoms
- Title（参考訳）: 超低温原子を用いた分数量子ホール状態の実現
- Authors: Julian L\'eonard, Sooshin Kim, Joyce Kwan, Perrin Segura, Fabian
Grusdt, C\'ecile Repellin, Nathan Goldman, and Markus Greiner
- Abstract要約: エンブレマティック・インスタンスは分数量子ホール状態であり、磁場と強い相互作用の相互作用によって分数電荷の準粒子が生じる。
ここでは、光学格子中の超低温原子を持つ分数量子ホール(FQH)状態を実現する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Strongly interacting topological matter exhibits fundamentally new phenomena
with potential applications in quantum information technology. Emblematic
instances are fractional quantum Hall states, where the interplay of magnetic
fields and strong interactions gives rise to fractionally charged
quasi-particles, long-ranged entanglement, and anyonic exchange statistics.
Progress in engineering synthetic magnetic fields has raised the hope to create
these exotic states in controlled quantum systems. However, except for a recent
Laughlin state of light, preparing fractional quantum Hall states in engineered
systems remains elusive. Here, we realize a fractional quantum Hall (FQH) state
with ultracold atoms in an optical lattice. The state is a lattice version of a
bosonic $\nu=1/2$ Laughlin state with two particles on sixteen sites. This
minimal system already captures many hallmark features of Laughlin-type FQH
states: we observe a suppression of two-body interactions, we find a
distinctive vortex structure in the density correlations, and we measure a
fractional Hall conductivity of $\sigma_\text{H}/\sigma_0= 0.6(2)$ via the bulk
response to a magnetic perturbation. Furthermore, by tuning the magnetic field
we map out the transition point between the normal and the FQH regime through a
spectroscopic probe of the many-body gap. Our work provides a starting point
for exploring highly entangled topological matter with ultracold atoms.
- Abstract（参考訳）: 強く相互作用するトポロジカルな物質は、量子情報技術における潜在的な応用と根本的に新しい現象を示す。
エンブレマティックな例は分数量子ホール状態であり、磁場と強い相互作用の相互作用は分数荷電準粒子、長距離の絡み合い、およびアノニオン交換統計をもたらす。
工学的な合成磁場の進歩は、制御量子系においてこれらのエキゾチックな状態を作り出すことを期待している。
しかし、最近のラーリン状態を除くと、工学系における分数量子ホール状態の作成はいまだに解明されていない。
ここでは、光学格子中の超低温原子を持つ分数量子ホール(FQH)状態を実現する。
この状態は16箇所に2つの粒子を持つボソニックの$\nu=1/2$ laughlin状態の格子型である。
この最小限のシステムは、既にラウリン型FQH状態の多くの特徴を捉えている: 2体相互作用の抑制を観察し、密度相関に特徴的な渦構造を発見し、磁気摂動に対するバルク応答により、$\sigma_\text{H}/\sigma_0= 0.6(2)$の分数的ホール伝導度を測定する。
さらに、磁場をチューニングすることにより、多体ギャップの分光プローブを通して、通常のFQH状態とFQH状態の遷移点をマッピングする。
本研究は超低温原子を用いた高度に絡み合ったトポロジー物質の探索の出発点となる。
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