In this thesis, real-time transport of single-atom array using holographic tweezers is demonstrated. For this, a liquid-crystal spatial light modulator is used, a computer-generated hologram algorithm (CGHA) is devised based on Gerchberg-Saxton algorithm, and cold rubidium ($^{87}$Rb) single atoms trapped in the tweezers are simultaneously rearranged without atom losses. In-situ feedback control for defect-free single-atom array formation is also demonstrated. By adding Rydberg atom interaction to this system, thermalization dynamics of spin-1/2 lattice model is simulated as well. Establishing such reliable method to form a scalable neutral-atom platform has been an important task to be achieved for quantum information science and quantum simulation of many-body systems. The methodology presented in this thesis resolves the issue and is expected to contribute the progression in the field of neutral atoms quantum simulation and quantum information.
이 학위논문에서는 단원자열을 홀로그램을 통해 생성하고 움직이는 일을 수행하였다. 이를 위해 액정 광변조기를 사용하였고, 홀로그램 알고리즘을 개발하였으며, 이를 저온 원자에 적용하여 광포획된 단원자들을 2차원 평면에서 동시다발적으로 움직이는 일을 성공하였다. 이와 더불어 실시간 되먹임 조절을 통하여 20개 이상의 완벽히 채워진 단원자열을 생성할 수 있었다. 여기에 리드버그 원자 상호작용을 더하여 스핀-1/2 입자 모형이 열평형점으로 수렴하는 과정을 실험적으로 양자전산모사 하였다. 이처럼 크기를 확장 가능하고 모양을 자유롭게 바꿀 수 있는 단원자열 생성은 양자 전산 및 양자 다체계 모사 연구 수행에 필요한 선결 과제 중 하나이다. 이를 해결함으로서 향후 이 분야에 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.
