跳到主要内容

感谢您访问nature.com。您使用的是对CSS支持有限的浏览器版本。为了获得最好的体验,我们建议您使用最新的浏览器(或关闭Internet Explorer的兼容性模式)。同时,为了确保持续的支持,我们将在没有样式和JavaScript的情况下显示站点。

强相关光流体的无序辅助组装

摘要

引导多体系统达到理想状态是现代量子科学的核心挑战,应用于量子计算12多体物理学3.量子增强计量学4.解决这个问题的方法包括逐步组装56,油藏工程要不可逆地泵向目标状态78从已知的初始状态开始绝热演化910.在这里,我们通过结合粒子组装和绝热制备,在玻色-哈伯德电路中构建了光的低熵量子流体。我们将单个光子注入到一个无序的晶格中,其中的特征态是已知的并且是局域的,然后绝热去除这种无序,使量子涨落将光子融化成流体。使用我们的平台11,我们首先通过构建和表征任意单粒子在盒子中的状态来对这种点阵熔化技术进行基准测试,然后组装多粒子强相关流体。通过单点断层扫描进行的点间纠缠测量表明,流体中的粒子离域,而两体密度相关测量表明,它们也相互避免,揭示了唐克斯-吉拉多气体的弗里德尔振荡特征1213.这项工作为合成物质的拓扑和其他奇异相的制备开辟了新的可能性3.1415

这是订阅内容的预览,通过你所在的机构访问

访问选项

买条

在ReadCube上获得时间限制或全文访问。

32.00美元

所有价格均为净价格。

图1:玻色-哈伯德电路中单独处理的多体态。
图2:单粒子本征态的绝热组合。
图3:强相关光流体的绝热制备。
图4:流体抗聚束和离域化强相关的显微观察。

数据可用性

由于数据收集过程中使用的专有文件格式,本手稿中提出的实验数据可由相应作者根据要求提供。

代码的可用性

整个模拟的源代码可从相应的作者请求。

参考文献

  1. 拉弗拉姆,R., Miquel, C., Paz, J. P. & Zurek, W. H.完美量子纠错码。理论物理。启。77, 198-201(1996)。

    文章中科院广告谷歌学者

  2. 德维特,S. J.,门罗,W. J.和Nemoto, K.量子误差校正初学者。众议员掠夺。理论物理。76, 076001(2013)。

    文章广告谷歌学者

  3. Carusotto, I.等。电路量子电动力学中的光子材料。Nat。物理。16, 268-279(2020)。

    文章中科院谷歌学者

  4. 裴泽,M. K. Oberthaler, M. K. Schmied, R. & Treutlein, P.原子系综非经典态的量子计量学。Rev. Mod. Phys。90, 035005(2018)。

    文章MathSciNet中科院广告谷歌学者

  5. Grusdt, F., Letscher, F., Hafezi, M. & Fleischhauer, M.合成规范场中Laughlin态的拓扑生长。理论物理。启。113, 155301(2014)。

    文章广告谷歌学者

  6. Dallaire-Demers p.l.。,Romero, J., Veis, L., Sim, S. & Aspuru-Guzik, A. Low-depth circuit ansatz for preparing correlated fermionic states on a quantum computer.量子科学。抛光工艺。4, 045005(2019)。

    文章广告谷歌学者

  7. 卡皮特,E.,哈菲兹,M.和西蒙,s.h.光的分数量子霍尔态的诱导自稳定。理论物理。启X4, 031039(2014)。

    谷歌学者

  8. Lebreuilly, J.等。稳定强相关光子流体与非马尔可夫储层。理论物理。启一个96, 033828(2017)。

    文章广告谷歌学者

  9. 阿尔巴什,T.和激光雷达,D. A.绝热量子计算。Rev. Mod. Phys。90, 015002(2018)。

    文章MathSciNet广告谷歌学者

  10. 朱瑞克,W. H.,多纳,U. & Zoller, P.量子相变动力学。理论物理。启。95, 105701(2005)。

    文章广告谷歌学者

  11. Ma, R.等人。色散稳定的光子莫特绝缘体。自然566, 51-57(2019)。

    文章中科院广告谷歌学者

  12. 硬弹性球的一维、二维和三维气体的完整状态方程。理论物理。牧师。50955-963(1936)。

    文章中科院数学广告谷歌学者

  13. 一维中不可穿透玻色子系统与费米子系统之间的关系。j .数学。理论物理。1, 516-523(1960)。

    文章MathSciNet数学广告谷歌学者

  14. 高德曼,N.布迪奇,J. C. & Zoller, P.拓扑量子物质与光学晶格中的超冷气体。Nat。物理。12, 639-645(2016)。

    文章中科院谷歌学者

  15. 小泽,T.等。拓扑光子学。Rev. Mod. Phys。91, 015006(2019)。

    文章MathSciNet中科院广告谷歌学者

  16. Blatt, R. & Roos, C. F.量子模拟与捕获离子。Nat。物理。8, 277-284(2012)。

    文章中科院谷歌学者

  17. 布洛赫,I., Dalibard, J. & Nascimbene, S.超冷量子气体的量子模拟。Nat。物理。8, 267-276(2012)。

    文章中科院谷歌学者

  18. Clark l.w ., Schine, N., Baum, C., Jia, N. & Simon, J.由光构成的劳克林态的观察。自然582, 41-45(2020)。

    文章中科院广告谷歌学者

  19. 陈庆林,陈庆林,陈庆林,陈庆林,陈庆林。从高温超导体到超冷超流体的BCS-BEC交叉。理论物理。代表。412, 1-88(2005)。

    文章中科院广告谷歌学者

  20. Greiner, M., Mandel, O., Esslinger, T., Hänsch, T. W. & Bloch, I.超冷原子气体中从超流体到莫特绝缘体的量子相变。自然415, 39-44(2002)。

    文章中科院广告谷歌学者

  21. 库柏,N., Dalibard, J. & Spielman, I.超冷原子的拓扑带。Rev. Mod. Phys。91, 015005(2019)。

    文章MathSciNet中科院广告谷歌学者

  22. Bakr, W. S., Gillen, J. I., Peng, A., Fölling, S. & Greiner, M.用于探测哈伯德体系光学晶格中单原子的量子气体显微镜。自然462, 74-77(2009)。

    文章中科院广告谷歌学者

  23. 托洛茨基等人。光学晶格中超冷原子超交换相互作用的时间分辨观测与控制。科学319, 295-299(2008)。

    文章中科院广告谷歌学者

  24. 伊斯兰,R.等人。量子多体系统中纠缠熵的测量。自然528, 77-83(2015)。

    文章中科院广告谷歌学者

  25. 卡拉姆卢,A. H.等。一维和二维紧密结合晶格中的量子输运和局部化。量子通知。8, 35(2022)。

    文章广告谷歌学者

  26. 张,J.等。离散时间晶体的观察。自然543, 217-220(2017)。

    文章中科院广告谷歌学者

  27. 崔,S.等。无序偶极多体系统中离散时晶有序的观察。自然543, 221-225(2017)。

    文章中科院广告谷歌学者

  28. 崔J.-Y。et al。探索二维多体定位跃迁问题。科学3521547-1552(2016)。

    文章MathSciNet中科院数学广告谷歌学者

  29. Roushan, P.等。超导量子比特中相互作用光子的局域化光谱特征。科学358, 1175-1179(2017)。

    文章MathSciNet中科院广告谷歌学者

  30. Bluvstein, D.等。在驱动Rydberg原子阵列中控制量子多体动力学。科学371, 1355-1359(2021)。

    文章MathSciNet中科院数学广告谷歌学者

  31. 布朗,P. T.等人。冷原子费米-哈伯德体系中金属输运不良。科学363, 379-382(2019)。

    文章中科院广告谷歌学者

  32. McIver, J. W.等。石墨烯中光诱导的反常霍尔效应。Nat。物理。16, 38-41(2020)。

    文章中科院谷歌学者

  33. 蔡,邵,鲍,杨,齐,薛良。& Altman, E.置乱动力学中的量子误差修正和测量诱导相变。理论物理。启。125, 030505(2020)。

    文章MathSciNet中科院广告谷歌学者

  34. 艾塞特,J.,弗里斯多夫,M.和戈戈林,C.量子多体系统的平衡。Nat。物理。11, 124-130(2015)。

    文章中科院谷歌学者

  35. 西蒙,J.等。光学晶格中反铁磁自旋链的量子模拟。自然472, 307-312(2011)。

    文章中科院广告谷歌学者

  36. Mazurenko, A.等人。冷原子费米-哈伯德反铁磁体。自然545, 462-466(2017)。

    文章中科院广告谷歌学者

  37. 马,R.,欧文斯,C.,侯克,A.,舒斯特尔,D. I. &西蒙,J.不可压缩光子流体和固体的自主稳定器。理论物理。启一个95, 043811(2017)。

    文章广告谷歌学者

  38. 相称阶段,不相称阶段和魔鬼阶梯。众议员掠夺。理论物理。45, 587(1982)。

    文章MathSciNet广告谷歌学者

  39. Umucalílar, R., Simon, J. & Carusotto, I.通过角动量势的光子劳克林态的自主稳定。理论物理。启一个104, 023704(2021)。

    文章MathSciNet广告谷歌学者

  40. 吉梅尔克N,张晓霞,洪昌林。超冷原子气体中不可压缩mott绝缘畴的原位观测。自然460, 995-998(2009)。

    文章中科院广告谷歌学者

  41. 周勇,金野佳,吴志强,吴志强。量子自旋液态。Rev. Mod. Phys。89, 025003(2017)。

    文章MathSciNet广告谷歌学者

  42. 木下,T.,温格,T. &维斯,D. S.一维唐克斯-吉拉多气体的观察。科学305, 1125-1128(2004)。

    文章中科院广告谷歌学者

  43. 帕雷德斯,B.等。光学晶格中超冷原子的唐克斯-吉拉多气体。自然429, 277-281(2004)。

    文章中科院广告谷歌学者

  44. Cazalilla, m.a., Citro, R., Giamarchi, T., Orignac, E. & Rigol, M.一维玻色子:从凝聚态系统到超冷气体。Rev. Mod. Phys。83, 1405-1466(2011)。

    文章广告谷歌学者

  45. 梅耶,D. A. & Wallach, N. R.多粒子系统中的全局纠缠。j .数学。理论物理。43, 4273(2002)。

    文章MathSciNet数学广告谷歌学者

  46. Chandran, A. Erez, A. Gubser, S. S. & Sondhi, S. L. Kibble-Zurek问题:普适性和尺度极限。理论物理。启B86, 064304(2012)。

    文章广告谷歌学者

  47. 欧文斯,j.c.等。手性腔量子电动力学。Nat。物理。18, 1048-1052(2022)。

    文章中科院谷歌学者

  48. Swingle, B., Bentsen, G., Schleier-Smith, M. & Hayden, P.测量量子信息的扰乱。理论物理。启一个94, 040302(2016)。

    文章MathSciNet广告谷歌学者

  49. Grusdt, F., Yao, n.y., Abanin, D., Fleischhauer, M. & Demler, E.使用移动杂质的多体拓扑不变量的干涉测量。Commun Nat。7, 11994(2016)。

    文章中科院广告谷歌学者

  50. 科赫,J.等。基于库珀对盒的电荷不敏感量子位设计。理论物理。启一个76, 042319(2007)。

下载参考

确认

这项工作得到了ARO MURI拨款W911NF-15-1-0397, AFOSR MURI拨款FA9550-19-1-0399和NSF Eager拨款1926604的支持。芝加哥MRSEC也提供了支持,由NSF通过拨款DMR-1420709资助。G.R.和M.G.P.感谢NSF GRFP的支持。A.V.感谢mrsec资助的Kadanoff-Rice博士后研究奖学金的支持。设备是在芝加哥大学的普利兹克纳米制造设施中制造的,该设施得到了美国国家科学基金会国家纳米技术协调基础设施的一个节点——软和混合纳米技术实验(SHyNE)资源(NSF ECCS-1542205)的支持。

作者信息

作者及隶属关系

作者

贡献

实验由b.s., A.V., G.R., J.S.和D.I.S.设计,仪器由b.s., A.V.和G.R.建造,数据的收集由b.s., A.V.和G.R.负责。所有作者都对数据进行了分析并对手稿做出了贡献。

相应的作者

对应到布伦丹Saxberg

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有利益竞争。

同行评审

同行评审信息

自然感谢匿名审稿人对本工作的同行评议所作的贡献。

额外的信息

出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。

扩展的数据图形和表格

扩展数据图1所有绝热曲线\ ({n} \ \酒吧)馅料。

绝热性是由返回原始激发点的平均光子数作为斜坡长度的函数给出的。在这里,我们测量绝热曲线的最高能量本征态\ ({n} \ \酒吧)填充,揭示了在制备这些多体态时绝热所需的最小斜坡长度。随着粒子数量的增加,我们开始遭受更多的损失,不再完全恢复最初的起始种群。

扩展数据图2\ ({n} \ \酒吧)馅料。

最高能量本征态的密度分布,对应于流体基态,用于填充\ ({n} \ \酒吧)\ \(压裂{1}{7}\)通过\ \(压裂{6}{7}\).对于5和6个粒子,我们的结果受到粒子损失的影响。

扩展数据图3\ ({n} \ \酒吧)馅料。

测量纠缠与无序,用于填充\ ({n} \ \酒吧)\ \(压裂{1}{7}\)通过\ \(压裂{6}{7}\).误差条反映S.E.M.;在这里,它们比马克笔小。

补充信息

补充信息

附录A-J、表1、图1 - 7及参考文献。

权利和权限

根据与作者或其他权利持有人签订的出版协议,自然或其许可方(例如,社会或其他合作伙伴)对本文拥有排他性权利;作者对这篇文章接受的手稿版本的自我存档仅受此类出版协议的条款和适用法律的约束。

转载及权限

关于本文

通过CrossMark验证货币和真实性

引用本文

萨克斯伯格,B,弗拉吉托亚利亚,A,罗伯茨,G。et al。强相关光流体的无序辅助组装。自然612, 435-441(2022)。https://doi.org/10.1038/s41586-022-05357-x

下载引用

  • 收到了

  • 接受

  • 发表

  • 发行日期

  • DOIhttps://doi.org/10.1038/s41586-022-05357-x

评论

通过提交评论,您同意遵守我们的条款而且社区指导原则.如果您发现一些滥用或不符合我们的条款或指导方针,请标记为不适当。

搜索

快速链接

自然简报

报名参加自然简报时事通讯-什么重要的科学,免费到您的收件箱每天。

获取当天最重要的科学故事,免费在您的收件箱。 注册《自然简报》
Baidu
map