Title : 극저온 쌍극성 분자들을 이용한 양자 시뮬레이션 및 컴퓨팅
일시 : 2023년 03월 28일(화), 17시
Speaker : 박지우 (포항공과대학교)
Abstract : 초고진공 환경에서 나노켈빈 온도까지 냉각된 중성원자들로 양자다체계를 구성하는 극저온 원자기체 실험은, 광자를 활용한 원자들의 정밀 제어기술을 바탕으로 허버드 모델 등강상물질 연구의 핵심적 이론들에 대한 양자 시뮬레이션을 가능케 했습니다. 하지만 이런 중성원자기체 실험은, 다체계를 이루고 있는 원자들간 상호작용이 근거리 접촉 상호작용으로 기술되기 때문에, 물질의 근간이 되는 쿨롱 상호작용이나 스핀 상호작용과 같은 긴거리 혹은 비등방적인 상호작용의 구현이 어렵다는 제약을 갖고 있습니다. 저희 연구실에서는 이런 문제를 돌파하기 위해 강한 쌍극성 상호작용을 겪는 분자들의 극저온 양자기체를 생성하고, 이들의 정밀 제어 및 측정기술을 구현해, 쌍극성 분자를 기반으로 한 새로운 양자 시뮬레이션 및 컴퓨팅 플랫폼을 개발하고 있습니다. 이번 발표에서는 저희가 구축중인 극저온 보존 및 페르미온 쌍극성 NaK 분자기체 실험에 대해 소개 드리고, 비통례적 페르미 쌍맺음 등 쌍극성 분자들을 활용한 다체계 연구, 그리고 분자간 긴거리 상호작용을 활용한 양자컴퓨팅 기술에 대해 소개 드리고자 합니다.
Atomic quantum gas experiments, which realize highly tunable many-body systems of neutral atoms cooled down to nano-Kelvin temperatures, have been a powerful resource to explore complex quantum phenomena. Yet, for quantum simulation and computing purposes, one constraint has been that the underlying interaction between a pair of atoms is typically a simple contact interaction, which limits the many-body Hamiltonians that can be explored and also makes the realization of two-qubit gate operations for quantum information processing challenging. A quantum gas of polar molecules holds exceptional promise in this regard, whose large electric dipole moments enable strong long-range and anisotropic dipole-dipole interaction between a pair of molecules in their electronic ground state. In this talk, I will present our experimental efforts to create an ultracold gas of polar NaK molecules. This involves the atom-by-atom assembly of molecules from sodium and potassium atoms at nano-Kelvin temperatures. Using optical and microwave fields, the molecular internal states can be coherently controlled, some of which exhibit exceptional coherence times for their use as robust storage qubits. By further reducing the temperature and combining state-of-the-art control techniques, this system will become a highly scalable and programmable platform for quantum science research.