Optimized observable readout from single-shot images of ultracold atoms via machine learning

可见的 单发 物理 玻色子 超冷原子 弹丸 量子 计算机科学 人工智能 光学 量子力学 有机化学 化学
作者
Axel U. J. Lode,Rui Lin,Miriam Büttner,Luca Papariello,Camille Lévêque,R. Chitra,Marios C. Tsatsos,Dieter Jaksch,Paolo Molignini
出处
期刊:Physical review 卷期号:104 (4) 被引量:13
标识
DOI:10.1103/physreva.104.l041301
摘要

Single-shot images are the standard readout of experiments with ultracold atoms, the imperfect reflection of their many-body physics. The efficient extraction of observables from single-shot images is thus crucial. Here we demonstrate how artificial neural networks can optimize this extraction. In contrast to standard averaging approaches, machine learning allows both one- and two-particle densities to be accurately obtained from a drastically reduced number of single-shot images. Quantum fluctuations and correlations are directly harnessed to obtain physical observables for bosons in a tilted double-well potential at an extreme accuracy. Strikingly, machine learning also enables a reliable extraction of momentum-space observables from real-space single-shot images and vice versa. With this technique, the reconfiguration of the experimental setup between in situ and time-of-flight imaging is required only once to obtain training data, thus potentially granting an outstanding reduction in resources.

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