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量子物质合成器的设计与构建。

Design and construction of a quantum matter synthesizer.

作者信息

Trisnadi Jonathan, Zhang Mingjiamei, Weiss Lauren, Chin Cheng

机构信息

James Franck Institute, Enrico Fermi Institute, and Department of Physics, The University of Chicago, Chicago, Illinois 60637, USA.

出版信息

Rev Sci Instrum. 2022 Aug 1;93(8):083203. doi: 10.1063/5.0100088.

DOI:10.1063/5.0100088
PMID:36050064
Abstract

The quantum matter synthesizer (QMS) is a new quantum simulation platform in which individual particles in a lattice can be resolved and re-arranged into arbitrary patterns. The ability to spatially manipulate ultracold atoms and control their tunneling and interactions at the single-particle level allows full control of a many-body quantum system. We present the design and characterization of the QMS, which integrates into a single ultra-stable apparatus a two-dimensional optical lattice, a moving optical tweezer array formed by a digital micromirror device, and site-resolved atomic imaging. We demonstrate excellent mechanical stability between the lattice and tweezer array with relative fluctuations below 10 nm, diffraction-limited imaging at a resolution of 655 nm, and high-speed real-time control of the tweezer array at a 2.52 kHz refresh rate, which will be adopted to realize fast rearrangement of atoms. The QMS also features new technologies and schemes, such as nanotextured anti-reflective windows and all-optical long-distance transport of atoms.

摘要

量子物质合成器(QMS)是一种新型量子模拟平台,其中晶格中的单个粒子能够被分辨出来,并重新排列成任意图案。在单粒子水平上对超冷原子进行空间操纵以及控制其隧穿和相互作用的能力,使得对多体量子系统能够实现完全控制。我们展示了量子物质合成器的设计与特性,它将二维光学晶格、由数字微镜器件形成的移动光镊阵列以及位点分辨原子成像集成到一个单一的超稳定装置中。我们证明了晶格和光镊阵列之间具有出色的机械稳定性,相对波动低于10纳米,实现了分辨率为655纳米的衍射极限成像,以及以2.52千赫兹刷新率对光镊阵列进行高速实时控制,这将用于实现原子的快速重新排列。量子物质合成器还具有诸如纳米纹理抗反射窗口和原子的全光长距离传输等新技术和方案。

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