偶极两分量玻色爱因斯坦凝聚体中量子相变的普适临界动力学研究

Due to the robust quantum coherence and the high controllability, atomic Bose-Einstein condensates (BECs) provides a new experimental plane for exploring the critical dynamics of quantum phase transitions. In recent years, universal critical dynamics for a quantum phase transition in BECs have become a hot topic and research front in studying ultracold atomic physics theoretically and experimentally. The rule and reason for the appearance of diabatic dynamical excitation in dipole two-component BECs are unclear, and there are more to discuss about the universal critical dynamic mechanism in this system. We have researched the critical dynamic for the symmetry breaking phase transition of two-component BECs in one-dimensional optical lattice. By using theoretical analysis, analytical computation and numerical simulation, we will study the dynamical scale, adiabatic-diabatic excitation mechanism near critical point of the quantum phase transition for the continuous, discrete and PT symmetry dipole two-component BECs. The research result will provide the theoretical guidance for quantum adiabatic theory, quantum simulation and quantum adiabatic computation.

原子玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)体所具有的稳定量子相干性和高度可控性，为量子相变的临界动力学研究提供了一个新的实验平台。近年来，BEC体中量子相变的普适临界动力学已成为理论和实验研究超冷原子物理的热点与前沿。而偶极两分量BEC体中量子相变的非绝热动力学激发如何出现以及服从何种规律等问题尚不清楚，体系的普适临界动力学机制有待研究。课题组在研究了一维光晶格中两分量BEC体系发生对称性破缺相变的临界动力学的基础上，拟采用理论分析、解析计算与数值模拟相结合的方法，来研究连续、离散以及PT对称的偶极两分量BEC体中量子相变临界点附近的动力学标度、非绝热激发服从的规律和量子绝热演化与非绝热激发发生的机制。本课题的研究结果将为量子绝热理论、量子模拟与量子绝热计算提供一定的理论依据。

近年来，研究人员在两分量玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)体中引入偶极-偶极和自旋轨道耦合相互作用，使得调控BEC的手段变得更加丰富。这为两分量BEC体系中量子相变的普适临界动力学和孤子动力学研究提供了十分便利条件。此外，周期调制的非厄米PT对称系统也是非厄米量子系统的一个研究热点领域。本项目研究了阻尼两阱BEC发生对称性破缺量子相变的临界动力学，如系统的分叉延迟与淬火时间存在的规律、系统的临界指数以及阻尼对相变动力学的影响；探索了各向异性自旋轨道耦合及偶极-偶极相互作用对两分量BEC涡旋孤子的形成及运动动力学的影响；得到了周期驱动下非厄米PT对称的系统精确解及其在不同增益和损耗项下精确解的适应范围，并讨论了周期调制效应对PT对称系统的控制。.研究结果揭示了两阱玻色-爱因斯坦凝聚对称性破缺相变的普适临界动力学，探索了其分叉延迟与淬火时间符合Kibble-Zurek机制幂律关系以及无阻尼和亚阻尼两种情况下系统存在相同的动力学临界指数、关联长度临界指数和KZ指数；发展了各向异性自旋轨道耦合和偶极-偶极相互作用对孤子动力学的操控方法以及形成二维稳定孤子的理论；发现了周期驱动非厄米PT对称系统的精确Floquet解及其在增益和损耗分别为常数和周期调制下的适应范围，并讨论了周期调制对PT对称性相、多重高阶例外点和系统在高阶例外点附近的动力学的控制。.本项目研究内容和结果涉及冷原子物理、非线性物理、统计物理和凝聚态物理等众多二级物理学科知识，将促进这些学科之间的交叉研究。项目研究紧跟当前操控超冷原子气体的实验技术和光波在PT对称的波导中的传播，为今后实验研究量子模拟，量子操控和量子绝热计算提供了理论导向。