Atomare kvantegasser i optiske gitre kan styres og reguleres i høj grad (også tidsmæssigt), og de er velisolerede fra omgivelserne. Det gør dem til det idelle medie for studier af kvantedynamiske forhold for fler-legemer. Et markant eksempel er eksperimentelle undersøgelsesr af flerlegemelokalisering. Det er en effekt forårsaget af uordnede input, hvor et system i vekselvirkning ikke helt falder ned til en termisk tilstand, men i stedet bibeholder 'erindringen' om den oprindelige tilstand. Nylige eksperimentelle resultater for todimensionale systemer [Science 352, 1547 (2016)] rækker allerede langt videre end hvad der kan studeres numerisk på klassiske computere.

På det seneste er det også lykkedes at måle tætheder i optiske gitre med en opløsning, så enkeltpositioner i gitrene kan studeres, ved hjælp af kvantegasmikroskoper. På trods af de nye resultater har det dog endnu ikke været muligt at måle på enkeltpartikel-tæthedsmatricen. Det ville være yderst ønskværdigt eksperimentelt at kunne måle denne grundlæggende værdi, for dermed ville man kunne rekonstruere alle forventede enkeltpartikelværdier for en given tilstand i stoffet. For eksempel er det for nyligt [Phys. Rev. Lett. 115, 046603 (2015)] foreslået, at spektret indeholder unikke værdier for mangepartikellokaliseringer. Ved at måle på enkeltpartikel tæthedsmatricen ville det være muligt at teste forudsigelser for systemer, som ikke kan håndteres med numeriske simuleringer.

Pseudo-spin polarisationens rotation. Illustration fra artiklen.

I den aktuelle artikel foreslår forskerholdet et eksperimentelt gennemførligt projekt til måling af enkeltpartikel tæthedsmatricen i optiske gitre. Metoden hviler på muligheden for med kvantegasmikroskoper både at måle positioner og at skabe lysforskydningspotentialer med en opløsning, som karakteriserer hver enkelt position. På den ene side vises det, hvordan man kan konstruere en effektiv tunnelkobling imellem fjerne punkter i gitret. På den anden side giver artiklen et forslag til en protokol, som bruger denne kobling til at rekonstruere positioner for dele af gitret, som ikke ligger i diagonalerne, ud fra målinger af enkeltpartikel tæthedsmatricen. Forskerne præsenterer en metode, som vil være et stærkt nyt redskab ved kvantesimuleringer i optiske gitre.

Artiklen i Phys. Rev. Lett er publiceret 28. december 2018