超冷原子气体在无序晶格中相变和相干动力学特性

At T=0, within the many body quantum theory and mean field theory, the instabilities, the sound waves, the superfluidity, the coherence and the transportation properties of ultracold atom gases induced by the interplay between complex atomic interactions (always behaves long-range, nonlocal and anisotropy) and disordered optical lattices will be discussed. Our studies will give a clear proof of the interplay between the atomic interactions and disorder, provide a possible way for coherently control the matter waves, show some new quantum phenomena, and improve the theoretical methods for analyse the disordered quantum gases.. In addition to its potential application in quantum computing and manipulation, the study of the superfluidity, the quantum phase transitions and the coherence of atomic gases in disordered lattices also provides an important route for answering some unresolved questions in theory of strongly correlated systems.

针对具有复杂相互作用的超冷原子气体（往往表现为长程、非局域、各向异性等特点），在绝对零温下，结合量子多体和平均场理论，利用解析分析和数值模拟，深入研究复杂原子相互作用与无序晶格的关联特性及由此引起的各种不稳定性、波动现象以及系统的能带特性和相变特性,探讨无序对晶格中物质波相干性和输运特性的影响，为在无序晶格中对物质波进行相干操控并实现可控输运提供依据，并有望揭示复杂原子气体在无序晶格中的一些新量子现象。在理论上发展分析无序晶格中具有复杂相互作用原子气体动力学特性的理论方法，揭示无序与原子相互作用耦合引起的相干－退相干机理，并获得系统发生各类相变的解析规律和临界条件。. 无序晶格中复杂原子气体相变特性和相干特性的研究，不但对揭示强关联多体量子系统中若干悬而未决的物理问题具有重要科学意义，而且在量子信息、量子计算、量子调控等领域具有重要应用潜力。

本项目基于量子多提理论和平均场理论，结合理论分析与数值模拟，深入研究了存在复杂原子相互作用的超冷原子气体（往往表现为长程、非局域、各向异性等特点）与外场（光辅助隧穿、晶格、人工规范场、驱动）、无序（杂质、缺陷）等的关联特性及由此引起的各种不稳定性、集体激发、能带特性、隧穿特性和相干－退相干、超流－耗散流等复杂相变和输运特性，获得了系统发生相干－退相干、超流－耗散流等复杂相变的临界行为及其对外部环境条件（外场、无序）的依赖特性，设计了在复在晶格环境下操控物质波、原子束及其自旋输运的一些有效方法，揭示了复杂偶合下（相互作用、外场、无序）晶格原子气系统中的一些新不稳定性特征、新模态和新量子现象，发展了分析复杂环境下（复杂相互作用、复杂外场、无序）晶格中量子气体动力学特性的一些理论方法。研究结果对深入认识超冷量子气体在复杂环境下动力学性质及其相干输送具有意义，可为量子信息处理及原子器件设计等提供一定理论依据。