Холодні гази нейтральних атомів у лазерних полях — новітні системи для квантових обчислень, розуміння та передбачень унікальних фізичних явищ (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 10 липня 2024 р.)

Abstract

У доповіді наведено огляд прогресу в дослідженнях унікальних ефектів у квантових газах атомів за низьких температур. Окрему увагу приділено явищу конденсації Бозе—Ейнштейна, а також окреслено широке коло систем, у яких це явище проявляється і зумовлює важливі фізичні ефекти. Зазначено, що за наявності додаткових лазерних полів, що формують просторово-періодичні стоячі хвилі, можна моделювати складні для опису системи, пов’язані з фізикою конденсованого стану, в яких спостерігаються явища надплинності, магнетизму, зарядового й орбітального впорядкування, надпровідності тощо. Вказано на все частіше використання систем холодних атомів як універсальних квантових симуляторів, а також окреслено перспективи новітніх теоретичних підходів тензорних мереж для застосувань у квантових обчисленнях.

The report provides an overview of the progress in the research on unique effects in quantum gases of atoms at low temperatures. Particular attention is paid to the phenomenon of Bose-Einstein condensation and a wide range of systems where this phenomenon emerges and leads to important physical effects, consequences and applications. In the presence of additional laser fields that form spatially-periodic standing waves, it is possible to model complex quantum systems from condensed matter, where the phenomena of superfluidity, magnetism, charge and orbital ordering, superconductivity, etc. are observed. We indicate the more frequent realizations of cold atom systems as universal quantum simulators, as well as the prospects of the latest theoretical approaches of tensor networks for applications in quantum computing.