중성 원자 기반 편집하기 (부분)

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===광격자 (Optical lattice)===
광격자를 이용한 극저온 중성 원자는 고체물질 연구에서 제시된 수 많은 아이디어들을 상대적으로 이상적인 (단순한 해밀토니언, 외부와의 격리 등) 상황에서 시험해볼 수 있는 플랫폼이라 할 수 있다. 중성 원자를 이용한 양자시뮬레이션의 많은 경우가 바로 광격자를 사용하기 때문에 매우 중요한 개념이다.

빛의 간섭 현상을 이용하여 공간상에 주기적인 격자를 만들 수 있는데, 이를 광격자라고 한다. 원자를 포획하는 원리는 광집게와 동일하며, 광집게의 하위 개념으로 생각 할 수 있다. 예를 들어, 한 축에서 서로 마주한 레이저의 경우 1차원 격자를, 두 축에서 조사된 레이저의 경우 2차원 격자를 만들 수 있으며, 3축에서 각각 서로 마주한 레이저를 조사하게 되면 3차원 격자를 만들 수 있다. 또한 레이저 간의 각도를 조절하게 되면 격자의 간격을 조절할 수 있으며 레이저의 세기로 격자의 포획 깊이를 조절하게 된다.

[[File:중성원자_광격자.png|none|thumb|695px|광격자의 형성. 화살표는 각각 인가한 레이저의 진행 방향을 나타낸다. A와 같은 하나의 가우시안 빔을 되반사 시키면 B와 같이 정상파를 이루고 광격자를 형성하게 되고 이를 1차원 광격자라 한다. 수직한 방향으로 다른 레이저를 추가하면 C와 같이 2차원 광격자를 만들 수 있다. D는 일반적으로 실험에서 사용 되는 파라미터에서의 광격자의 모습이며, A-C는 이해를 돕기 위한 그림이다.]]

광격자의 간격은 사용한 레이저의 파장과 간섭하는 방식에 의해 결정되며, 레이저 파장의 절반 정도인 약 500 nm가 최소 간격으로 같은 고체 상태의 물질이 구성하는 옴스트롱 단위의 격자구조에 비해 매우 넓다. 하지만 중성 원자 기체는 극저온으로 냉각이 가능하기 때문에 매우 얕은 깊이의 광격자(<< 1 mK)에 원자들을 포획 할 수 있으며, 양자 터널링이 원자 움직임의 주요한 매커니즘이 된다.

대부분의 광격자는 빛의 정상파를 이용하여 생성하며, 레이저의 파장을 안정화 하는 기술이 매우 잘 발달했기 때문에 깨끗한 광격자를 쉽게 만들 수 있다. 간섭 현상을 다방면으로 응용하여 삼각 격자, 육방 격자 등 흥미로운 형태의 격자를 생성할 수 있다. 또한 원자가 움직이는 시간 스케일(약 1ms)에 비해 레이저를 빠르게 (1 μs) 변조할 수 있고, 이를 활용하여 더 확장된 형태의 해밀토니언을 (게이지 장, 플로케 이론, Floquet theory) 시뮬레이션 할 수도 있다.

참고: [https://www.youtube.com/watch?v=agCN5eM7Aoo 광격자 데모 영상]

요약:

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