중성 원자 기반 편집하기 (부분)

경고: 로그인하지 않았습니다. 편집을 하면 IP 주소가 공개되게 됩니다. 로그인하거나 계정을 생성하면 편집자가 사용자 이름으로 기록되고, 다른 장점도 있습니다.

='''주요 원소 및 특징'''=
원소의 선택에 따라 수행할 수 있는 양자 시뮬레이션이 달라진다. 이는 원소에 따른 에너지 레벨 및 원자간 상호작용의 특징에서 기인한다. 
[[File:중성원자_주기율표.png|none|thumb|567px|주기율표에 표시한 양자 기체 생성에 성공한 원소들. (내용출처<ref>F. Schäfer et al., Tools for Quantum Simulation with Ultracold Atoms in Optical Lattices, Nature Reviews Physics '''2''', 411 (2020). doi:[https://doi.org/10.1038/s42254-020-0195-3 10.1038/s42254-020-0195-3].</ref> 그림: 위키피디아 수정)]]

====알칼리 금속 (Alkali metal)====
수소를 제외한, 최외곽 전자 (valence electron)의 개수가 1개인 원소들을 말한다.

유용한 전이선이 근적외선이나 가시광에 위치하며 상온에서 증기압이 높아 접근성이 좋다. 때문에 역사적으로 많은 연구가 진행되어 왔다.

수소와 마찬가지로 최외곽 전자의 자기모멘트와 핵스핀의 상호작용에 의해 바닥 상태의 원자는 hyperfine splitting을 보이며, 자기장에 예민하게 반응하여 마이크로파로 상태 조종이 가능하다. 세슘 바닥 상태의 hyperfine splitting이 현재 시간 표준의 근간을 이룬다.

상호작용: contact interaction이 주요하다. 모든 안정한 원소들은 유한한 핵 스핀을 가지고 있으며, 보손 및 페르미온이 모두 존재 한다.

====알칼리 토금속 (Alkaline-earth metal)====
헬륨을 제외한, 최외곽 전자 (valence electron)의 개수가 2개인 원소들을 말한다.

헬륨과 비슷한 에너지 레벨 구조를 가지고 있다. 알칼리 원자에 비해 다채로운 에너지 레벨을 가지고 있으며 magic wavelength가 존재한다. 두 최외곽 전자의 Spin singlet (para-) 과 triplet (ortho-) 간의 다른 홀짝성(parity) 때문에 가시광 영역에서 매우 좁은 선폭의 전이선(clock transition)을 가지고 있는 것이 특징이다. 이를 이용해 optical clock, laser cooling 및 quantum simulation에 응용 연구가 활발히 진행 중이다.

양자컴퓨팅: 바닥 상태의 전자는 singlet을 이루기 때문에 핵과의 hyperfine 상호작용이 거의 없고, 따라서 핵 스핀 상태는 매우 긴 결맞음 시간(coherence time)을 가질 수 있다. 또한 최외곽 전자가 2개이기 때문에 auto-ionization 채널이 존재하며, 이를 이용하여 리드버그상태를 높은 신뢰도로 측정할 수 있다.

상호작용: contact interaction이 주요하다. 보존 원소들은 핵스핀이 0으로 바닥 상태가 자기장에 반응하지 않는 특징이 있다.

====자성 원자 (magnetic atoms), 란타넘족 (Lanthanide)====
안쪽 껍질 (inner shell)이 완전히 채워지지 않아 큰 자기 모멘트를 가지는 원소를 말한다. 크롬(Cr), 홀뮴(Ho) 등도 큰 자기 모멘트를 가지고 있다. 란타넘족 원자들 중 최외곽 6s를 모두 채우고, 4f 오비탈의 전자들이 원자가 전자인 원자들은 큰 자기 모멘트를 가지고 있다. 최 외곽 6s상태를 채우 고 있는 두 전자 때문에 란타넘족은 알칼리 토금속 원자들과 비슷한 타입의 레이저 전이선을 가지고 있고 알칼리 토금속에서 개발한 테크닉들을 적용할 수 있다.

Contact interaction과 자기 쌍극자-쌍극자 상호작용이 모두 주요한 것이 큰 특징이다. 4f 오비탈의 큰 각운동량 = 자기 모멘트 때문에 다채로운 페쉬바흐 공명이 존재하고, 이를 통해 contact interaction을 억제하면 자기 모멘트가 주요한 다체계 현상을 연구할 수 있다.

====극성 분자 (Polar molecule)====
강한 전기 쌍극자-쌍극자 상호작용, 분자축의 회전자유도 등 원자에서는 볼 수 없는 고유의 특징을 보유하고 있다. 이를 활용하여 긴 상호작용이 지배적인 계의 양자 시뮬레이션, 강한 상호작용을 컨트롤 할 수 있는 큐비트 시스템의 구축 등의 연구가 기대되고 있다. 극성 분자의 생성 방식에 따라top-down method와 bottom-up method로 구분된다.

'''Top-down method:''' 극저온 원자를 준비하는 방식을 그대로 분자로 확장시킨 방법이다. 원하는 분자를 생성 후, 레이저 냉각을 이용하여 분자를 극저온으로 냉각시킨다. 이때 사용되는 분자는 최외각 궤도에 전자가 하나 혹은 두개 존재하는 불안정 분자로, 알칼리 금속 , 알칼리토 금속 원자와 유사한 에너지 구조를 가진다.

'''Bottom-up method:''' 나노켈빈의 온도까지 냉각된 두 종류의 원자를 자기장, 레이저를 이용하여 coherent하게 결합시켜서 극저온 분자를 만드는 방법이다. 두가지 알칼리 금속을 결합한 Bi-Alkali 분자, 알칼리 금속과 알칼리토 금속을 결합한 분자가 있다.

요약:

한국양자정보학회 위키에서의 모든 기여는 다른 기여자가 편집, 수정, 삭제할 수 있다는 점을 유의해 주세요. 만약 여기에 동의하지 않는다면, 문서를 저장하지 말아 주세요.
또한, 직접 작성했거나 퍼블릭 도메인과 같은 자유 문서에서 가져왔다는 것을 보증해야 합니다(자세한 사항은 한국양자정보학회 위키:저작권 문서를 보세요). 저작권이 있는 내용을 허가 없이 저장하지 마세요!

취소 편집 도움말 (새 창에서 열림)

원본 주소 "https://wiki.qisk.or.kr/중성_원자_기반"

중성 원자 기반 편집하기 (부분)

둘러보기 메뉴

검색