量子模拟多体阻挫模型

Quantum simulation is that one quantum system with more controllable simulates another. One of the major challenges in the field of quantum simulation is the realization and study of quantum magnetism, especially the frustrated spin systems. Currently, we studied how to simulate frustrated spin systems and frustrated tunneling of ultracold atoms and proposed some important schemes. Based on the previous work, we are going to study how to simulate the frustrated models and study the relevant physics. Firstly, we will research how to simulate frustrated spin models by a new quantum simulator or using new control mechanism. For an example, we may use the long interaction character of ultracold polar molecules. Secondly, we will study the other frustration mechanism such as introducing the frustrated tunneling to the ultracold dipolar molecules in the optical lattices. Finally, we will try to propose a method of quantum non-demolition detection of quantum states. These research may give new methods on quantum simulation of frustrated models and push forward this field.

量子模拟是指通过一个可控的量子系统模拟另外一个物理系统，从而研究目标系统的物理特性。在量子模拟的研究中，模拟量子磁性效应，特别是自旋阻挫效应，是一大焦点。近期，我们研究了如何利用量子模拟器模拟自旋阻挫模型和隧穿阻挫效应，并取得了一些重要的突破。在本项目中将以此为基础，继续研究如何模拟阻挫模型以及相关的物理问题。首先，我们将研究如何利用新的量子平台和调控方式模拟自旋阻挫模型，比如利用超冷极性分子特有的长程作用。其次，我们将研究其它的阻挫机制，比如将隧穿阻挫引入到光晶格束缚超冷极性分子的系统中研究可能的超固相。最后，我们将研究如何非破坏地探测相关的量子相。这些研究内容的开展，将有可能对量子模拟阻挫模型提供新的方法，进而推动这个方向的发展。

量子模拟多体阻挫模型是量子信息中量子模拟的重大任务之一。本项目主要研究如何利用量子模拟器模拟隧穿阻挫效应和自旋阻挫模型，并研究相关的物理问题。在本项目的研究过程中，我们主要取得了如下进展：.1）在扩展的Bose-Hubbard模型中，我们引入了隧穿阻挫机制。我们给出了系统的平均场相图，发现这一系统存在丰富的量子相。隧穿阻挫与分子极性作用结合能产生稳定的超固相。这为实验上实现稳定的超固相提供了一个全新的方法。.2）在光晶格束缚超冷极性分子的系统中，我们研究了如何直接利用极性分子的长程作用实现自旋阻挫模型。我们设计了两种实现方格子中自旋阻挫的方案，为实现自旋阻挫模型提供了新的方法。.3）我们利用一种新的全量子的线性化方法，研究了双腔光力系统中的纠缠问题。这种方法突破了传统平均场线性化方法的限制，没有稳态条件的约束，能够研究纠缠的动力学问题。我们分析了各种驱动条件下的腔模与振子间和两腔模间纠缠动力学演化特征，发现产生两腔模间纠缠的最佳方法，并通过调节两驱动强度的比值优化了腔间纠缠的产生。这为实现高效的纠缠光源提供了新的方法。.4）我们研究了多激光驱动条件下双腔光力系统中纠缠的动力学演化。我们发现当某种驱动强度占优势时腔模间的纠缠迅速降为零。这种现象可以实现光源间纠缠的开启与关闭。